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超純水是指純度極高的水,其雜質(zhì)含量(包括離子、有機(jī)物、顆粒物、微生物等)被降低到極低水平,是目前人類(lèi)技術(shù)能制備的純度**的水類(lèi)別。
超純水的純度通常以電阻率、總有機(jī)碳(TOC)、顆粒數(shù)、微生物含量等指標(biāo)衡量,國(guó)際上有不同標(biāo)準(zhǔn)(如 ASTM、ISO、中國(guó)藥典等),核心指標(biāo)參考如下:
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電阻率
這是超純水*核心的指標(biāo)。水的電阻率會(huì)隨水中離子濃度降低而升高,理論上純水在 25℃時(shí)的電阻率極限值為18.2 MΩ·cm。
超純水的電阻率通常要求≥18.0 MΩ?cm(25℃),這個(gè)數(shù)值越接近 18.2,純度越高。
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總有機(jī)碳(TOC)
衡量水中有機(jī)污染物的總量,超純水要求 TOC ≤ 5 ppb(部分嚴(yán)苛場(chǎng)景要求≤1 ppb)。
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顆粒與微生物
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顆粒物:粒徑≥0.2 μm 的顆粒數(shù)≤1 個(gè) /mL;
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微生物:菌落數(shù)≤1 CFU/mL(甚至達(dá)到無(wú)菌*別)。
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離子雜質(zhì)
常見(jiàn)的陽(yáng)離子(Na?、K?、Ca2?、Mg2?等)和陰離子(Cl?、SO?2?、NO??等)的含量均需低于 ppb *(十億分之一)。
超純水的制備是一個(gè)多步驟、逐*提純的過(guò)程,通常以自來(lái)水為原水,核心流程如下:
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預(yù)處理階段
目的:去除原水中的懸浮物、膠體、余氯、大顆粒雜質(zhì),保護(hù)后續(xù)精密設(shè)備。
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多介質(zhì)過(guò)濾:去除泥沙、鐵銹等大顆粒;
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活性炭過(guò)濾:吸附余氯、部分有機(jī)物和異味;
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軟化過(guò)濾:去除鈣鎂離子,防止后續(xù)設(shè)備結(jié)垢。
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初*提純階段
核心技術(shù):反滲透(RO)
反滲透膜的孔徑僅為 0.0001 μm,可截留 99% 以上的離子、有機(jī)物、微生物,產(chǎn)出的水稱(chēng)為 “反滲透水”,電阻率約 0.1–1 MΩ?cm。
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深度提純階段
目的:進(jìn)一步去除反滲透水中殘留的微量離子、有機(jī)物等,達(dá)到超純水標(biāo)準(zhǔn)。
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離子交換混床:將陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂混合裝填,深度吸附水中殘留的陰陽(yáng)離子;
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電去離子(EDI):利用電場(chǎng)作用,在離子交換樹(shù)脂輔助下,持續(xù)去除水中離子,無(wú)需頻繁再生樹(shù)脂,是現(xiàn)代超純水制備的主流技術(shù);
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紫外光氧化(UV):波長(zhǎng) 185 nm 的紫外光可分解水中的有機(jī)污染物,降低 TOC;波長(zhǎng) 254 nm 的紫外光可殺滅微生物。
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終端精制階段
針對(duì)超高純度需求的場(chǎng)景,在用水點(diǎn)前增加終端提純裝置:
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超濾 / 微濾:去除殘留的微小顆粒物和微生物;
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終端混床:進(jìn)一步提升電阻率至 18.2 MΩ?cm。
超純水因幾乎不含雜質(zhì),避免了雜質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)的干擾,應(yīng)用于對(duì)水質(zhì)要求極高的場(chǎng)景:
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實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)域
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精密分析實(shí)驗(yàn):如**液相色譜(HPLC)、質(zhì)譜分析(MS)、原子吸收光譜(AAS)等,防止雜質(zhì)干擾檢測(cè)結(jié)果;
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生物實(shí)驗(yàn):細(xì)胞培養(yǎng)、基因測(cè)序、蛋白質(zhì)純化等,避免微生物和離子對(duì)生物樣本的污染。
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電子工業(yè)領(lǐng)域
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半導(dǎo)體制造:晶圓清洗、芯片蝕刻等工序,水中的微小顆?;螂x子會(huì)導(dǎo)致芯片短路或性能下降,是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心工藝用水;
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液晶面板、太陽(yáng)能電池生產(chǎn):*證產(chǎn)品的純度和穩(wěn)定性。
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醫(yī)藥醫(yī)療領(lǐng)域
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藥品生產(chǎn):注射劑、無(wú)菌制劑的配制,符合藥典標(biāo)準(zhǔn)的超純水是制藥的關(guān)鍵原料;
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醫(yī)療設(shè)備清洗:如內(nèi)窺鏡、手術(shù)器械的高精度清洗,避免殘留雜質(zhì)引發(fā)感染。
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其他領(lǐng)域
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電池生產(chǎn):如鋰電池電解液配制,提升電池性能和壽命;
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*端化妝品生產(chǎn):避免雜質(zhì)影響產(chǎn)品品質(zhì)和穩(wěn)定性。
超純水的純度極易受污染,儲(chǔ)存和使用時(shí)需嚴(yán)格控制環(huán)境:
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儲(chǔ)存容器需使用惰性材料(如聚四氟乙烯、高純度聚丙烯),避免容器溶出離子或有機(jī)物;
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儲(chǔ)存環(huán)境需無(wú)塵、無(wú)菌,避免空氣中的二氧化碳、顆粒物溶解或落入水中;
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超純水暴露在空氣中會(huì)快速吸收二氧化碳,生成碳酸,導(dǎo)致電阻率下降,因此建議即制即用,減少儲(chǔ)存時(shí)間