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Millipore密理博纯水系统常见问题集(二)

2019.10.11
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

醋酸纤维素脂膜(CA)
CA膜原本用于盐水的过滤,由于在高压下膜的可压缩性,  从未用于海水的过滤。它的pH,温度,和性能极限影响了它的普及。但是在许多领域,还是会使用CA膜,由于其高氯和防结垢能力。
复合聚酰胺薄膜 (TFC  PA)
发明于上世纪八十年代, 在脱盐的水流速度和截流率方面,TFC膜是一个大的突破。一般地,复合膜是由一层聚砜膜支撑一层薄薄的聚酰胺膜.
TFC  膜有很好的温度和pH值的耐受能力,但是不耐氧化,特别是氯。所以活性炭的预处理是十分重要的。
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6. EDI 是如何去除有机物的?
EDI  只能去除带电有机分子。 由于电极间存在电压,微电离的有机分子(如乙酸/草酸/腐殖酸) 向阳极移动。
例如:
CH3COOH --- CH3COO-  + H+
CH3COO- 带负电荷,向阳极移动。阴、阳离子通透膜使阴、阳离子聚集在浓缩通道。 流经EDI的电极通道和浓缩通道的水都为弃水。
7.  为什么在EDI模块的阴极有碳粒?
在EDI模块的阴极产生 OH- 。 OH-的存在提高了pH值。 高pH值将导致高的电极结垢可能性。pH  值高,CO32-会与Mg2+, Ca2+反应结垢。
CO2 + H2O --- H2CO3
H2CO3 --- H+ +  HCO3-
HCO3- --- H+ + CO3-2
阴极的碳粒主要用于降低局部的pH值,防止结垢。碳粒增加了阴极的表面积,  从而可以捕捉到足够的OH-极性分子,没有多余的OH-离子来形成结垢。
8. Elix 对进水的TOC  含量有没有特殊要求?要求是什么?
Millipore 对Elix 进水的TOC 含量没有特别要求。一般来说,典型的自来水的TOC含量为 3000-  4000 ppb.
反渗透可以除去90-95 % 的污染物。也就是说反渗透水的典型TOC含量为 200-400ppb.  连续电去离子过程可以进一步把TOC含量降低到 30-50ppb.
如果进水的TOC 含量远大于4000ppb, 建议使用去有机物的预处理。
9.  Elix 水纯化系统是如何去除水中的气体(CO2)?
CO2能溶于水,并在水中保持平衡,如下:
CO2 + H2O ---  H2CO3
H2CO3 ---- 2H+ + CO32-
CO32- (碳酸根离子) 带负电朝阳极移动。  阴阳离子通透膜汇集了在电极通道和浓缩通道的碳酸根离子. 流经浓缩通道和电极通道的水被排到下水道。
这样除去了溶解在水中的CO2 。如果进水中的CO2  水平< 30 ppm,那么Elix 产水中的CO2的水平为0ppm.
10.  在保证产水细菌含量<1cfu/ml的条件下,Elix所能承受的供水细菌最大含量是多少?
Elix是由自来水供水的,自来水的规格各地有一定差异,但大多数都要经过氯化处理以消除细菌,(因而细菌含量很低,完全能够满足Elix供水要求。)因此Elix的产品目录中没有提到对供水细菌含量的要求。Elix所能承受的供水细菌最大含量为100cfu/ml。
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1.2  超纯水制备系统
1. 为什么超纯水的电阻率为 18.2 MΩ.cm, 而不是 18.3 MΩ.cm?
电导率的计算公式如下:X 是电导率, F  是法拉第常数, Ci 是某种离子浓度, Zi 是离子的电荷数 ,Ui指离子迁移率
X = FΣ  CiZiUi
理论上,完全不含离子的超纯水在25oC时电导率为0.055μS/cm。
电阻率是电导率的倒数。 那么
R=1/X ,  1/0.055=18.1818
约为 18.2 MΩ.cm
在25oC 时,NaCl浓度与电导率/电阻率值的关系。
NaCl  (ppb)
电导率
(μS/cm)
电阻率 (  MΩ.cm)
0
0.055
18.18
1
0.057
17.6
5
0.066
15.20
10
0.076
13.10
20
0.098
10.20
50
0.16
6.15
100
0.27
3.70
300
0.70
1.43
500
1.13
0.88
1000
2.21
0.45
5000
10.80
0.093
20000
42.70
0.023
2.  为什么我们不能离线检测超纯水的电阻率?
无法在离线情况下精确测量超纯水的电阻率/电导率。
电导率的计算公式如下:X 是电导率, F 是法拉第常数,  Ci 是某种离子浓度, Zi 是离子的电荷数 ,Ui指离子的迁移能力。
X = FΣ  CiZiui
理论上,完全不含离子的超纯水在25oC时电导率为0.055μS/cm。 电阻率是电导率的倒数,为 18.2  MΩ.cm。
当超纯水暴露在外界环境中时,会被外界环境污染。实验室里的空气中含有大量的离子,这些离子可以进入超纯水。  另外,测量电导率所用到的仪器(烧杯,电阻率仪/探针)也会带入离子污染物。正如电导率的计算公式中所示,任何离子的增加都会影响电导率值,因为电导率与
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离子的种类和其所带电荷成正比。
3.  为什么Milli-Q的产水流量为1.5L/min?
如果暴露在空气中,或者储存在容器里,超纯水水质会很快劣化。因而建议对超纯水要即取即用。
普通的应用(如HPLC液相制备)大约一次需要250ml的超纯水。超纯水的生产时间大约为10秒。这样就减少了超纯水在大气中暴露时间,从而保证了超纯水水质。
水流经树脂时应有充分的接触时间。太快的流速没法水化所有的树脂,就无法进行有效的离子交换。
4.  为什么Milli-Q系统有一个进水电磁阀?
进水电磁阀可以帮助切断水源,防止实验室被水淹的突发事件。
5.  为什么Milli-Q系统有一个网式过滤器?
Milli-Q  系统在取水柄之前配有一个网式过滤器。其目的是截流从Quantum柱流出的离子交换树脂。取水柄的出水口是一个很小的口子。从纯化柱中流出来的即使只是一个树脂颗粒也可以堵住那个口子,阻碍使用取水手柄取水。
6.  如何计算纯化柱的纯化能力和使用寿命?
在计算树脂的纯化能力之前,我们要先熟悉以下几个概念。
树脂体积:  是指纯化柱中离子交换树脂的体积,而不是指活性炭或者深层过滤膜的体积。
树脂总容量: 是指用标准  NaCl的克数表示的总的树脂容量,是一个理论值。相当于使所有的离子交换树脂饱和所需的NaCl的量。
动态树脂容量: 在动态条件下 (流量  1.5L/min),水流通经纯化柱时,离子交换树脂的交换能力 。
晶粒容量:使用转换常数将用标准NaCl的克数转换为晶粒数。转换公式为:1 grain =  64.79mg= 0.06479g
计算纯化能力所需数据: (以 Milli–Q为例)
1. 进水电导率 (as ppm NaCl )
2.  进水CO2水平(as ppm NaCl ) )
3. 纯化柱(Quantum 和Qgard)的动态容量可以从以下的数据表中摘取。
4.  纯化柱(Qgard 和 Quantum)数量
用NaCl表示的总可溶性固体(TDS)ppm,相当于电导率乘以0.5。
TDS (as ppm  NaCl)= 电导率 * 0.5
用NaCl表示的进水 CO2 水平可以由 CO2水平乘以1.3
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进水 CO2 (as ppm  NaCl)= CO2 水平*1.3
进水中总盐含量是用NaCl表示的TDS 和CO2 的总和
例:计算 Milli- Q Gradient  的容量
数据:
进水电导率(uS/cm )
25
进水 CO2 ppm
20
Qgard 动态容量( mg  NaCl)
56
Q gard 纯化柱的数量
1
Quantum 动态容量( mg NaCl)
27
Quantum  纯化柱的数量
1
计算:
进水中盐类含量 (as ppm NaCl)
25 x 0.5
12.5 (a)
进水中CO2含量  ( as ppm NaCl )
20 x 1.3
26 (b)
进水总盐污染含量 (as ppm NaCl )
(a) +  (b)
38.5
纯化柱动态总容量 ( Qgard动态容量 x Qgard 数量 ) + (Quantum 动态容量 X  Quantum数量)
=1000(56x1)+1000(27x1)
83000
纯化柱处理的水量
=纯化柱动态总容量/进水总盐含量
=83000/38.5
2156  L
注:当计算以Elix水为进水的Milli-Q系统纯化柱的纯化能力时, CO2 为0ppm.

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