純水超純水在實驗室中的應(yīng)用分析與機(jī)型選配

默克密理博市場專員朱文峰Wen.feng.zhu@純水/超純水在實驗室中的應(yīng)用分析與機(jī)型選配什么是合適的實驗室用水？純水/超純水在實驗室中的應(yīng)用分析與機(jī)型選配樣品前處理及常規(guī)理化分析實驗的水質(zhì)需求？HPLC/LC-MS有機(jī)物分析的水質(zhì)需求？IC/ICP-MS元素分析的水質(zhì)需求？分子生物學(xué)相關(guān)實驗的水質(zhì)需求？常規(guī)理化分析實驗室樣品前處理三級/二級純水的用途相關(guān)試劑的配制：消解液、萃取的水相溶液、微生物培養(yǎng)基直接用水：水浴、蒸汽滅菌、實驗動物喂飼、植物水育、老化、玻璃等實驗容器清洗、組織清洗水質(zhì)的影響離子積垢導(dǎo)致堵塞和表面腐蝕實驗容器的潔凈度動植物對水中污染物的敏感性試劑與水中污染物的反應(yīng)水相中的有機(jī)污染物在液-液萃取過程中進(jìn)入有機(jī)相微生物、有機(jī)物等污染待檢或?qū)嶒灲M織常規(guī)試驗（pH/TOC/濁度/凱式定氮/色值/旋光度…）純水需求：二級高純水（電阻率>5MΩ.cm@25℃；TOC<30ppb；細(xì)菌<0.1cfu/ml）純水用途：試劑和緩沖液配制、實驗容器的清洗和潤洗、樣品的稀釋或溶解、電極沖洗純水的重要性：1、低含量污染物水平可降低儀器靈敏檢測元件和管路的積垢和腐蝕2、純水中的低污染物含量保證試劑在有效期內(nèi)的正常使用3、純水中的低TOC確保使用純水對高TOC樣品進(jìn)行稀釋時不會干擾檢測結(jié)果

4、以穩(wěn)定、低能耗、安全性能高、維護(hù)簡便、水質(zhì)更佳等優(yōu)點取代蒸餾水主要對比參數(shù)ElixAdvantage5二級水系統(tǒng)石英雙重蒸餾水器桶/瓶裝水使用成本核算每升純水的電費每升純水的水費設(shè)備成本（平均到每升水）年消耗品

（0.150度/小時×0.5元/度）/5升/小時＝0.015元/升5升×0.0035元/升＝0.0175元/升（75000元/10年）/10000升=0.75元/升3400元/10000升=0.34元/升（3.5度/小時×0.5元/度）/1.5升/小時＝1.17元/升20升×0.0035元/升=0.07元/升（2000元/2年）/3000升=0.333元/升0(4.5度/小時×0.5元/度)/5升/小時＝0.55元/升14升×0.0035元/升=0.049元/升（1000元/2年）/10000升=0.05元/升0安全性常溫、通過CE\FCC\cUL認(rèn)證、自動控制無需看護(hù)、故障自動報警高溫、定期強(qiáng)酸清潔、專人看護(hù)防過熱人工搬運、取水器污染、啟封后污染總成本0.015+0.0175+0.75+0.34=1.1225元/升1.17+0.07+0.3333=1.5733元/升16元/18.9升=0.85元/升操控性面板控制、移動取水手柄、預(yù)熱、水桶接水、冷卻容器接水、分裝水質(zhì)實時監(jiān)控、穩(wěn)定滿足ASTM等標(biāo)準(zhǔn)中二級水標(biāo)準(zhǔn)和實驗室認(rèn)證認(rèn)可需求隨進(jìn)水源波動，無水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、無法認(rèn)可無水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、啟用后污染、無法認(rèn)可E-PODFlexibleWaterDelivery

3E-PODsE-PODE-PODElixAdvantage3,5,10,15L/hTank30,60,100LElixAdvantage純水系統(tǒng)TOC<30ppb電阻率>5MΩ.cm細(xì)菌<0.1cfu/ml顆粒（0.22μm)<1個/ml二級高純水Rios純水系統(tǒng)流路特點TapProgard預(yù)處理柱RO反滲透膜EDI(Elix)模塊254nm紫外燈PE水箱E-POD鍍銀活性炭、抗結(jié)垢劑、0.5~1μm深層濾網(wǎng)設(shè)計，滿足嚴(yán)苛進(jìn)水條件（SDI<12;電導(dǎo)率<2000μS/cm@25℃）

RO衡流模式設(shè)計，保證流速不隨氣溫變化；高達(dá)66%的廢水回收率實現(xiàn)節(jié)能減排專利陰極活性炭涂層技術(shù)，構(gòu)造防結(jié)垢、穩(wěn)定、高效、低能耗的連續(xù)電去離子模塊

2年超長壽命紫外燈，功率強(qiáng)大且穩(wěn)定，保證產(chǎn)水微生物的有效控制

PE材質(zhì)一次吹塑成型的不透光錐形底部水箱，配置防菌溢流口、空氣過濾器和紫外燈，有效維持儲水水質(zhì)

Elix純水系統(tǒng)流路特點ElixAdvantage純水系統(tǒng)流路特點獨特的高回收率下的恒流設(shè)計1、T↓P↑，保證在7到35°C范圍內(nèi)，系統(tǒng)流量保持不變2、廢水回收路徑，保證低濃度廢水有效回收及高濃度廢水排放3、三相閥設(shè)計，保證高質(zhì)量RO水才能進(jìn)入下游EDIROFlowFeedwater°CTeffectPeffectResult

專利的EDI陰極活性炭涂層技術(shù)ACACNa+Na+Na+Na+H+H+OH-OH-Cl-Na+Cl-Cl-Cl-Cl--+廢水二級純水ROFeedWater環(huán)保高效穩(wěn)定無需再生運行費用低無需軟化劑使用壽命長有機(jī)分析室常用實驗室用水分析WaterSource雙蒸水去離子水飲用瓶/桶裝水ASTM一級水MerckMillipore超純水TOC(ppb)50~100幾百50~100<50<5電阻率（MΩ.cm）118.20.518.218.2MerckMillipore超純水雙蒸水瓶裝水去離子水ESI+from200to600m/z同時滿足TOC<5ppb&電阻率=18.2

MΩ.cm的超純水才能確保LC-MS對痕量（ppb級別）有機(jī)物的測量需求反相色譜柱中的固定相表面固定相與流動相中的疏水有機(jī)污染物結(jié)合，有效結(jié)合位點被污染物占據(jù)待分析物與固定相的結(jié)合受到制約水中有機(jī)污染物對反相色譜柱影響的原理Retentiontime(min)Intensity(mV)流動相水質(zhì)對色譜柱柱效和柱壽命的影響第1次進(jìn)樣第1950次進(jìn)樣

使用DNA分離柱分析不同長度的寡核苷酸，以瓶裝水作為流動相，相同條件下進(jìn)樣1950次后，柱效明顯下降：分離度降低，峰形嚴(yán)重變差。使用瓶裝水Retentiontime(min)Intensity(mV)

使用DNA分離柱分析不同長度的寡核苷酸，以MerckMillipore超純水作為流動相，相同條件下進(jìn)樣6400次后，柱效基本沒有下降，分離度和峰形保持不變。使用MerckMillipore超純水第6400次進(jìn)樣Ultrapurewater20ppbUltrapurewater13ppbUltrapurewater9ppbUltrapurewater5ppbUltrapurewater2ppbConditionsWatersamples:60mLtraceenrichmentbyaccumuluationonC18columnat1mL/minColumn:C18Symetry?Waters,4.6x150mm,3.5mmGradient:Linear95%Waterto100%ACNin30min,then100%ACNWavelength:214nmSystem:WatersAlliance2695Detection:

UVviaWatersPhotodiodeArray2996有機(jī)污染物的影響——提高背景MabicS.,RegnaultC.,KrolJ.Themisunderstoodlaboratorysolvent:reagentwaterforHPLC”.LCGCNorthAmerica

2005,23(1),74-82.Water:Ultrapurewater,18.2M.cm,3ppbTOC有機(jī)污染物的影響——基線漂移、鬼峰每小時采集一次基線的信號！Water:10M.cm,approximately200ppbTOC

離子實驗用水水質(zhì)對HPLC/LC-MS的影響有機(jī)物細(xì)菌顆粒物實驗用水中的污染物降低色譜柱的柱效，嚴(yán)重減短色譜柱壽命與待分析物相結(jié)合或反應(yīng)，影響保留時間基線漂移、提高背景噪音、雜峰、峰型劣化影響檢出限、重現(xiàn)性、痕量分析（ppb-ppt）

離子遇有機(jī)試劑形成結(jié)晶鹽，堵塞管路磨損泵離子造成質(zhì)譜檢測出現(xiàn)離子加合峰離子與待分析物結(jié)合改變質(zhì)荷比部分特殊離子具有紫外吸收能力用途空白樣標(biāo)準(zhǔn)曲線配制流動相配制容器清洗/潤洗進(jìn)樣器等配件清洗最佳水質(zhì)TOC<5ppb細(xì)菌<1cfu/ml直徑>0.22μm

的顆粒<1個電阻率=18.2MΩ.cm堵塞色譜柱，裂解產(chǎn)生有機(jī)物和離子污染形成菌膜，持續(xù)增殖并產(chǎn)生有機(jī)分泌物堵塞管路和色譜柱，造成柱內(nèi)渦流磨損色譜泵和進(jìn)樣器釋放表面吸附的各種有機(jī)物和離子污染進(jìn)樣口和質(zhì)譜Milli-QAdvantage/Reference超純水系統(tǒng)電阻率=18.2MΩ.cmTOC<5ppb細(xì)菌<0.1cfu/ml顆粒（0.22μm）<1個一級超純水超純水系統(tǒng)流路及特點Q-PODTOC185/254nm雙波長紫外燈Quantum精純化柱Q-Gard預(yù)純化柱POD-Pak電阻率計TOC檢測儀循環(huán)流路激光噴射鍍銀人造活性炭+核子級離子交換樹脂，高效去除痕量離子及有機(jī)物，同時具有污染物低溶出性

2年超長壽命雙波長紫外燈

符合藥典規(guī)定的電阻率計和TOC計，保證產(chǎn)水穩(wěn)定符合質(zhì)量要求Milli-PAK生產(chǎn)最適于HPLC使用的無顆粒/細(xì)菌超純水；LC-PAK生產(chǎn)TOC<1ppb超低有機(jī)物超純水最適于UPLC-MS使用Q-Gard純化柱&Quantum精純化柱主要成分——人造活性炭、離子交換樹脂主要純化技術(shù)——活性碳吸附、離子交換優(yōu)勢特點：1、核子級離子交換樹脂，無雜質(zhì)，不容易破損，離子交換容量高，極低有機(jī)物析出2、鍍銀人造活性炭（高溫溶解苯乙烯），高效吸附小分子有機(jī)物，極低離子析出3、適應(yīng)不同進(jìn)水條件的Q-Gard和不同應(yīng)用需求的QuantumQ-gard純化柱Quantum精純化柱人造活性炭離子交換樹脂單/雙波長紫外燈主要純化技術(shù)——紫外光氧化主要功能——通過雙波長紫外光線氧化低濃度有機(jī)物成為CO2或使其成為帶電物質(zhì)從而被離子交換樹脂吸附去除優(yōu)勢特點：1、超長壽命（2年）2、低壓超長設(shè)計，超純石英外壁，316L不銹鋼外殼，穩(wěn)定獲得強(qiáng)大的氧化能力雙波長紫外燈單／雙波長紫外燈的作用254nm單波長紫外燈→殺菌作用185+254nm雙波長紫外燈→氧化有機(jī)物UV254nm紫外照射技術(shù)(UV)去除細(xì)菌和有機(jī)物原理100%80%60%40%20%0%240

260280300320254nm相對影響UV燈波長(nm)3O22O32O2+2O*UV(185)UV(254)4OH*UV(254)HO22O2+2HO22CHOH3+2OH*HCHO+2HO2HCOOH+HO22OH*2OH*+CO22HO2紫外殺菌原理有機(jī)物去除原理設(shè)計滿足USP(§643)要求的TOC檢測儀采用AnatelTOC分析技術(shù),專門用于高純水中TOC的測量檢測限1-999ppb檢測時間3-6min只有在電阻率>2MW.cm（純水/超純水）的情況下方能正常工作出廠校驗證書符合USP<645>并可提供校驗的超純水電導(dǎo)率儀普通電導(dǎo)率儀密理博專用電導(dǎo)率儀電池常數(shù)(L/S)[ρ=V/(I.L/S)]0.1cm-1

0.01cm-1

電極設(shè)計特點

棒狀電極

有限的電極距離L和電極有效面積S

電極易受垂直的水流方向的影響“T”型

安裝，不能實時準(zhǔn)確測量，而且容易積垢和帶入氣泡同心套筒電極

更小的電極距離L和更大的電極有效面積S

電極平行于水流方向保持穩(wěn)定的電池常數(shù)流路安裝，水樣完全通過電極，測量實時、準(zhǔn)確。無死角，水流由下而上，無積存氣泡溫度探頭未受保護(hù)

0.1°C精度，套筒保護(hù)適用性精度有限，用于普通純水的測量帶自動報障和溫度補(bǔ)償功能，適用于超純水的精確測量多樣化的個性終端精制器選擇-一機(jī)兩水，超純六水VOC-Pak去除揮發(fā)性有機(jī)物EDS-Pak內(nèi)分泌干擾物分析LC-PakTOC<1ppbBio-Pak有效去除熱源、核酸酶及蛋白酶Millipak去除顆粒的無菌水根據(jù)專業(yè)需求選擇不同的終端精制器ElementPOD超痕量元素分析Cool!元素/環(huán)境分析實驗室離子色譜測量指標(biāo)及限量：苯并(a)芘（ppb）；硫酸鹽（ppm）等無機(jī)非金屬指標(biāo)；溴離子（ppb）等消毒副產(chǎn)物純水需求：電阻率18.2MΩ.cm@25℃的超純水，TOC<5ppb純水用途：空白樣品、標(biāo)準(zhǔn)品配制、試劑配制、淋洗液配制純水的重要性：1、超純水中的痕量離子水平(電阻率18.2MΩ.cm)確保目標(biāo)物的檢測不受干擾，并且降低儀器的檢測背景2、水中的有機(jī)物會對離子色譜的離子交換樹脂形成包被，從而使離子交換作用減弱并降低離子交換柱的壽命3、水中的顆粒、膠體不僅會在儀器內(nèi)釋放吸附的離子；還會造成色譜柱堵塞或形成渦流，造成局部液體流動受阻，影響離子交換作用的均衡性和穩(wěn)定性4、水中的微生物會利用水中的有機(jī)物作為營養(yǎng)在儀器的管道內(nèi)生長和增殖并持續(xù)釋放代謝物，從而帶來更多的微生物，有機(jī)物，離子的多重污染表面被氧化物和有機(jī)物包覆的陰離子樹脂表面被油脂包覆的陰離子樹脂原子吸收分光光度儀/ICP-MS測量指標(biāo)及限量：各種金屬指標(biāo)（ppb-ppt）；純水需求：電阻率18.2MΩ.cm@25℃的超純水，TOC<5ppb純水用途：空白樣品、標(biāo)準(zhǔn)品配制、試劑配制、容器的清洗和潤洗純水的重要性：1、確保目標(biāo)物的檢測不受干擾（ppb-ppt），并且降低儀器的檢測背景，減少進(jìn)樣口和質(zhì)譜的污染2、水中的顆粒物、膠體會在儀器內(nèi)緩慢釋放出各種鰲合的金屬離子，從而對目標(biāo)離子的檢測造成波動3、水中的微生物會利用水中的有機(jī)物作為營養(yǎng)在儀器的管道內(nèi)生長和增殖，而且微生物體內(nèi)也含有大量的金屬離子，也會對目標(biāo)離子的檢測造成波動4、使用超純水對實驗容器進(jìn)行清洗和潤洗確保容器不會滯留金屬污染物水純化系統(tǒng)與分析儀器的離子水平對比ppm ppb ppt ppqMilli-QAdvantageMilli-QIntegralMilli-QReferenceQ-PODElementICP-MSClass100Class10FAASICP-OESGFAAILC超痕量元素分析Q-PODElement剖析圖QuantumICPOptimizerLWFinalFilterPODBaseP0DC0VER1protectionagainstagressivechemicalsTubingforWaterDeliveryOutletSolenoidValveWatertoloop(outet)Waterfromloop(inlet)Milli-QIntegral+Q-PODElement+E-POD3124576分子生物學(xué)相關(guān)實驗室PCR/RT-PCR/定量PCR實驗用水需求離子，特別是Fe/Zn/Cd等重金屬離子會影響DNA聚合酶作用無外源DNA影響復(fù)制效果或造成復(fù)制錯誤無微生物&核酸酶污染低有機(jī)物含量，特別是腐殖酸和棕黃酸

，防止有機(jī)物與DNA的締合或者干擾酶逆轉(zhuǎn)錄PCRRT裂解緩沖溶液凝膠電泳cDNADNA需要滿足的條件：最佳水質(zhì)：TOC(總有機(jī)碳)<5ppb電阻率=18.2MΩ.cm細(xì)菌<0.1cfu/mlRNases<0.01μg/mlDNases<4pg/ml超純水結(jié)果最接近理想曲線核酸酶作用引致的差異

核酸酶、有機(jī)物、離子引致的差異

大量的各種污染物引致實驗失敗實驗用水對于核酸電泳分析的重要性經(jīng)超濾一級超純水配制的膠體&buffer純水中的核酸酶在電泳過程的降解作用純水中離子、有機(jī)物、顆粒對泳動速度和分離效果的影響純水中微生物引入的多種污染物的綜合影響電泳水質(zhì)需求電阻率=18.2MΩ.cmTOC(總有機(jī)碳)<5ppbRNases<0.01ng/mlDNases<4pg/μl一級超純水配制的膠體&bufferUFUP

UPTab自來水配制的膠體&buffer實驗室純水應(yīng)用對于2D電泳的重要性瓶裝水Milli-Q水

影響分析水質(zhì)保障水質(zhì)對染色信號和分辨率影響很大TOC(總有機(jī)碳)<5ppb電阻率=18.2MΩ.cm細(xì)菌<0.1cfu/ml離子在蛋白質(zhì)結(jié)晶過程和質(zhì)譜分析中發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，干擾實驗進(jìn)程有機(jī)污染物增加質(zhì)譜分析中的背景

瓶裝水體系發(fā)現(xiàn)206個檢測超純水發(fā)現(xiàn)407個檢測點，而且更靈敏

純水水質(zhì)對于動物細(xì)胞培養(yǎng)的重要性不同水質(zhì)溶解無血清培養(yǎng)基對細(xì)胞培養(yǎng)的影響10TM3TR-1M2RCellNumberx105TapwaterDistilledMill-QUFCountingonday4,n=3LogscaleTM3:mouseLeydigcellsTR-1:ratendothelialcellsM2R:mousemelanomacells123神經(jīng)干細(xì)胞培養(yǎng)經(jīng)超濾的一級超純水無超濾的一級超純水二級純水去離子處理腦細(xì)胞培養(yǎng)經(jīng)超濾的一級超純水無超濾的一級超純水二級純水去離子處理123細(xì)胞培養(yǎng)用水重點！超濾去除痕量核酸酶和熱原超純水確保有機(jī)物、離子、微生物的有效去