一、在实验室里，水是一种非常常用又特别重要的物质。无论是生命科学领域里培养细菌细胞、做电泳实验，还是分析检测工作中进行质谱分析、痕量金属检测等等，都离不开水的参与。而且，不同的实验和分析工作，对水的纯度要求差别很大。  一般来说，实验室用水有多个等级，像纯水、去离子水、实验室Ⅱ级纯水和超纯水等。纯度不一样，它们的用途和能满足的实验需求也不同。纯度越高的水，越能用于那些对精度和准确性要求极高的实验。不过，实验室用水，尤其是高纯度的水，比如超纯水，很容易出问题。它特别容易受到环境的污染，要是储存的方式不对，或者使用的时候不注意，水的纯度就会下降，进而影响实验结果。比如储水桶用久了会被杂质和微生物污染，让水不再纯净。了解实验室用水的分类、用途，掌握正确的储存和使用方法，对保证实验的顺利进行和结果的准确可靠至关重要。今天详细的给大家讲讲实验室用水的相关知识，希望能给在实验室工作和学习的朋友们一些帮助和参考。

二、水的基本性质水分子（H₂O）由1个氧原子和2个氢原子以弯曲的方式键合而成。由于水分子内正、负电荷中心并不重合，因此它属于极性分子。当两个水分子同时存在时，二者会通过静电相互作用以及氢键相结合，彼此吸引并维持特定的距离。值得一提的是，单个水分子能够同时与4个水分子相互结合，进而形成类似晶体般规整的结构。  在水分子聚合体中，氢键键合所形成的网状结构会发生部分断裂，呈现出不断移动和变化的状态。这种结构变化每秒可达10¹²次，使得水在宏观上呈现液态。 通常情况下，含有适量钠、钾离子及硅酸盐等矿物质的水，口感较好；而含有大量镁、钙等非酸碱中性盐类残留的水，喝起来口感欠佳。这表明，水并非仅由H₂O组成，还包含多种其他成分，正是这些成分的种类和含量决定了水的味道。  水具有很强的溶解盐类的能力。即便阴阳离子凭借静电相互作用紧密结合，在水中也极易发生电解。这是因为水分子能够与离子结合，形成“水合离子”。半径小、电荷大的离子，会与水分子产生强烈的相互作用，水分子会在离子周围有序排列。此时，阳离子会与水分子中带负极矩的氧原子相互作用，而阴离子周围的水分子排列则与之相反。

三、水中存在的杂质源水中的杂质可归为五大类别，不同类杂质特性、影响与检测方法各有不同：1.电解质电解质涵盖水中可溶性无机物、有机物，以及带电胶体粒子。这类杂质会改变水的电导率，杂质含量越高，电导率越大。在化学分析中，电解质过多会干扰实验结果，其中阴阳离子影响尤为显著。针对电解质，常用离子色谱法或原子吸收光谱法测定其含量；若要对未知成分进行初步鉴定，还可采用色谱 - 质谱联用技术 。2.有机物水中的有机物主要包含有机酸和有机金属化合物。为衡量水中有机物含量，一般通过测定化学耗氧量来间接反映，借此评估水中有机物消耗氧化剂的能力。3.颗粒物质颗粒物质囊括泥沙、尘埃、有机物以及微生物等。检测这类杂质时，可借助专门的颗粒测定器，精准测定其含量与粒径分布。4.微生物微生物主要由细菌、浮游生物和藻类构成。它们不仅影响水质，部分微生物还可能危害人体健康，需采用特定的微生物检测技术对其种类和数量进行分析。5.溶解气体源水中常见的溶解气体有N₂、O₂、Cl₂、CO、CO₂等。检测这些气体时，气相色谱法是常用手段，通过该方法能够准确测定各类溶解气体的含量。

四、实验用水所要求的纯度实验，本质上是对基于现象所提出的假设进行验证的操作。而判断一个假设能否成为真理，关键在于其是否能产生具有再现性的结果。实验要实现再现性，不仅依赖于实验者良好的操作技巧，还与所用化学试剂的纯度以及分析仪器的精密度紧密相关。 在实验过程中，用于配制溶液的化学试剂以及所用水的纯度不容小觑。要是水中的污染物会干扰实验检测，那就必须将这些物质去除。另外，为确保能获得良好的再现性结果，使用水质稳定的纯水是必不可少的。 随着实验分析系统的灵敏度不断提升，对水的纯度也提出了更为严苛的要求。同时，还有一些关于浓度单位的换算关系需要了解：1ppm等于1mg/L；1ppb等于1μg/L；1ppt等于1ng/L，也等于1μg/mL。

五、水的纯度的表示方法在水中，将距离1cm的两片表面积为1cm2大小的电极加以通电，来监测两极间的导电率，通过所加电压和测得的电流能够获知两极间的电阻值，这个数值在水质分析中通常被称为电阻率或比电阻，其单位用MΩ.cm来表示。　电阻率的倒数称为导电率或电导率，用μs/cm来表示。这两个参数是表示水的纯度的最常用参数。　将自来水中的离子去除，会使得电阻率值升高(导电率降低)，但并非无限制的增加，这是因为部分水分子会电离为氢离子和氢氧根离子，其电阻率值极限值18.248MΩ.cm(25℃)。此外，电阻率值会随着水的电离常数而改变，因而会受到水温的影响。例如：25℃的超纯水，其电阻值为18.2MΩ.cm,但在0℃则为84.2MΩ.cm, 100℃则为1.3MΩ.cm。在25℃附近，当温度上升1℃，其电阻值将下降0.84MΩ.cm。因此，多使用补偿至25℃的电阻率值来做衡量标准。　此外，像总有机碳含量(TOC)，热源内毒素含量，细菌含量，颗粒含量，微生物含量，总溶解固体含量(TDS)等也常常被用作补充说明水质的重要参数。因此，水的纯度标准通常由以上这些参数的一项或几项来综合说明、分级。

六、纯水的分级标准实验室纯水一般可划分为4个常规等级，具体如下： 纯水 纯化程度最低，电导率通常处于1～50μs/cm之间。可通过单一弱碱性阴离子交换树脂、反渗透或单次蒸馏的方式制取。常用于玻璃器皿清洗、高压灭菌器、恒温恒湿实验箱以及清洗机等方面。  去离子水电导率一般在1.0～0.1μs/cm之间。利用含强阴离子交换树脂的混床离子交换技术制备，不过其有机物和细菌污染水平相对较高。能满足清洗、制备分析标准样、制备试剂以及稀释样品等多种需求。   实验室Ⅱ级纯水电导率小于1.0μs/cm，总有机碳（TOC）含量低于50ppb，细菌含量少于1CFU/mL。适用于试剂制备、溶液稀释、细胞培养营养液配备以及微生物研究等多种场景。可通过双蒸，或整合RO和离子交换/EDI等多种技术，也可再结合吸附介质和UV灯来制取。 超纯水在电阻率、有机物含量、颗粒和细菌含量等方面接近理论纯度极限。先通过离子交换、RO膜或蒸馏进行预纯化，再经核子级离子交换精纯化获得。通常电阻率可达18.2MΩ - cm，TOC＜10ppb，能滤除0.1μm及更小的颗粒，细菌含量低于1CFU/mL。适合高效液相色谱（HPLC）、离子色谱（IC）和离子捕获 - 质谱（ICP - MS）等多种精密分析实验。少热源超纯水适用于真核细胞培养等生物应用，超滤技术常用于去除大分子生物活性物质，如热源（结果为＜0.005IU/mL）以及核酸酶和蛋白酶等。目前，国际上比较通用的纯水标准主要有国际标准化组织（ISO）、美国临床病理学会（CAP）试药级用水标准、美国测试和材料实验社团组织（ASTM）、临床试验标准国际委员会（NCCLS）、美国药学会（USP）等。我国也有相应标准，如中国国家电子级超纯水规格GB/T11446 - 1997和中国国家实验室用水规格GB6682 - 92等。市面上大多数纯水系统，无论进口还是国产，都是依据这些标准来设计流程的。

七、纯水的应用目前，纯水的应用主要集中在生命科学和分析与常规两大领域： 1. 生命科学应用领域广泛应用于细菌细胞培养、临床生物化学、电泳、电生理学、酶联免疫吸附分析、内毒素分析、组织学、水栽培、细胞免疫化学、哺乳动物细胞培养、介质制备、微生物分析、分子生物学、单克隆抗体研究、植物组织培养、放射性免疫分析等方面。2. 分析和常规应用领域常用于蒸馏水器供水、蒸汽发生器、玻璃器皿清洗、样本稀释和试剂制备、超纯水系统供水、固相萃取、普通化学、电化学、分光光度计、TOC分析、水质分析、离子色谱、火焰法原子吸收（Flame-AAS）、石墨炉原子吸收（GF-AAS）、高效液相色谱（HPLC）、液质联用（HPLC-MS）、电耦合等离子光谱仪（ICP-AES）、等离子质谱（ICP-MS）、痕量金属检测、气质联用（GC-MS）等。

八、以下是一些对水纯度要求极高的主要应用场景： 1. 电泳电泳过程中，对水的关键要求是去除生物活性物质，如内毒素（通常需小于0.05EU/mL）、核糖核酸酶和蛋白酶（不可检测）。最理想的是使用电阻率达18.2 MΩ-cm、TOC<10ppb、经过0.1μm或更小孔隙微滤且细菌含量低于1CFU/mL的超纯水。2. 内毒素分析在从分离到细胞培养等多种应用中，水的内毒素指标都有严格规定，最大指标范围在0.25IU/mL到0.03IU/mL之间。进行内毒素分析时，需使用少内毒素的超纯水，通常内毒素含量为0.05IU/mL或更低。制造这类超纯水，超滤是必不可少的手段（国际上常用MWCO为5000道尔顿的超滤膜），还可结合UV光氧化技术。3. 石墨炉原子吸收光谱（GF-AAS）GF-AAS与其他原子吸收光谱测定的区别在于，它使用电子发热的石墨管或棒替代火焰炉，能大幅提高元素分析的灵敏度。该方法要求顶级纯水系统，提供ppt级别的杂质水平、18.2 MΩ-cm的电阻率和低TOC水平。通过良好的预处理系统、连续循环流路以及纯水的超纯化，再加上内置监测仪来保证水质纯度。4. 电感耦合等离子光谱仪（ICP-AES）在ICP-AES应用中，对不同元素的灵敏度存在差异，但金属、过渡金属、磷和硫的检测下限都在ppb范围内。该方法对水的纯度要求十分严格，必须使用电阻率大于18 MΩ-cm的超纯水，而对TOC的要求相对不那么重要，前处理可采用反渗透或离子交换技术。5. 等离子质谱（ICP-MS）ICP-MS可用于测定ppt水平的元素，对于这种高灵敏度的分析工作，对水的纯度要求极为严格，要求水中杂质处于ppt水平，电阻率达到18.2MΩ-cm且TOC较低。通过良好的预处理系统、连续循环流路和纯水的超纯化来实现最终的水质指标。6. 质谱分析质谱能够对混合物进行痕量分析，因其高灵敏度，需要最高纯度的用水。所有样本制备和前处理，如固相萃取，都需要超纯水。要求水中杂质在ppt水平，进行有机物分析时，要求电阻率为18.2 MΩ-cm，TOC非常低，一般小于3ppb。7. 痕量金属检测随着现代分析仪器灵敏度的不断提高，痕量元素如今可借助ICP-MS等技术，测定ppt和亚ppt水平的物质。痕量分析工作需要完全不含可测定成分的纯水，其水质要求甚至适用于最严格、最灵敏的ICP-MS分析，因此，空白试剂、标准样稀释和样本制备都需要纯度最高的超纯水，有时甚至需要在无尘室中操作。 随着科技的不断进步，越来越多的应用开始对超纯水的高纯度提出需求。8.超纯水保持最佳水质的方法超纯水极易受到环境污染，因此在使用前即时取水（即取即用）是最为适宜的方式。只有将超纯水与环境接触的时长压缩至最短，才能够保证其极高的纯度。  在配制高纯度化学试剂时，应尽量避免使用在储桶中长时间存放的超纯水。因为储桶长期使用后，会因杂质混入以及微生物滋生而导致水质变差，此时的水已不再符合超纯水的标准。  为防止环境因素对纯水造成污染，纯水储桶最好安装空气过滤器。同时，储水桶不要放置在阳光直射的地方，因为水温升高容易引发微生物大量繁殖。尤其是半透明的储水桶，阳光透过会致使藻类生长。  在取用超纯水时，务必先放掉初期流出的水，这样才能获得稳定的水质。取水过程中，要让超纯水沿着容器侧壁缓缓流入，尽可能减少气泡产生，从而降低空气污染的可能性。此外，不要在终端滤器后连接软管，直接取水才能获取高纯度的超纯水。  如果长时间不使用纯水，应当将压力储水桶中的反渗透（RO）水全部排空，以防止污染。超纯水机若长时间闲置，再次使用时需充分排放初期的纯水，以保障水质。一般来说，纯水机至少每隔7至10天要通水一次，以防止微生物污染。 综上所述，超纯水的使用要点为：

一是即取即用；二是排放前端的初期水；三是取水时防止产生气泡。