纯水超纯水在实验室中的应用分析与机型选配

默克密理博市场专员朱文峰Wen.feng.zhu@纯水/超纯水在实验室中的应用分析与机型选配什么是合适的实验室用水？纯水/超纯水在实验室中的应用分析与机型选配样品前处理及常规理化分析实验的水质需求？HPLC/LC-MS有机物分析的水质需求？IC/ICP-MS元素分析的水质需求？分子生物学相关实验的水质需求？常规理化分析实验室样品前处理三级/二级纯水的用途相关试剂的配制：消解液、萃取的水相溶液、微生物培养基直接用水：水浴、蒸汽灭菌、实验动物喂饲、植物水育、老化、玻璃等实验容器清洗、组织清洗水质的影响离子积垢导致堵塞和表面腐蚀实验容器的洁净度动植物对水中污染物的敏感性试剂与水中污染物的反应水相中的有机污染物在液-液萃取过程中进入有机相微生物、有机物等污染待检或实验组织常规试验（pH/TOC/浊度/凯式定氮/色值/旋光度…）纯水需求：二级高纯水（电阻率>5MΩ.cm@25℃；TOC<30ppb；细菌<0.1cfu/ml）纯水用途：试剂和缓冲液配制、实验容器的清洗和润洗、样品的稀释或溶解、电极冲洗纯水的重要性：1、低含量污染物水平可降低仪器灵敏检测元件和管路的积垢和腐蚀2、纯水中的低污染物含量保证试剂在有效期内的正常使用3、纯水中的低TOC确保使用纯水对高TOC样品进行稀释时不会干扰检测结果

4、以稳定、低能耗、安全性能高、维护简便、水质更佳等优点取代蒸馏水主要对比参数ElixAdvantage5二级水系统石英双重蒸馏水器桶/瓶装水使用成本核算每升纯水的电费每升纯水的水费设备成本（平均到每升水）年消耗品

（0.150度/小时×0.5元/度）/5升/小时＝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/小时×0.5元/度）/1.5升/小时＝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/小时×0.5元/度)/5升/小时＝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安全性常温、通过CE\FCC\cUL认证、自动控制无需看护、故障自动报警高温、定期强酸清洁、专人看护防过热人工搬运、取水器污染、启封后污染总成本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、移动取水手柄、预热、水桶接水、冷却容器接水、分装水质实时监控、稳定满足ASTM等标准中二级水标准和实验室认证认可需求随进水源波动，无水质标准、无法认可无水质标准、启用后污染、无法认可E-PODFlexibleWaterDelivery

3E-PODsE-PODE-PODElixAdvantage3,5,10,15L/hTank30,60,100LElixAdvantage纯水系统TOC<30ppb电阻率>5MΩ.cm细菌<0.1cfu/ml颗粒（0.22µm)<1个/ml二级高纯水Rios纯水系统流路特点TapProgard预处理柱RO反渗透膜EDI(Elix)模块254nm紫外灯PE水箱E-POD镀银活性炭、抗结垢剂、0.5~1μm深层滤网设计，满足严苛进水条件（SDI<12;电导率<2000μS/cm@25℃）

RO衡流模式设计，保证流速不随气温变化；高达66%的废水回收率实现节能减排专利阴极活性炭涂层技术，构造防结垢、稳定、高效、低能耗的连续电去离子模块

2年超长寿命紫外灯，功率强大且稳定，保证产水微生物的有效控制

PE材质一次吹塑成型的不透光锥形底部水箱，配置防菌溢流口、空气过滤器和紫外灯，有效维持储水水质

Elix纯水系统流路特点ElixAdvantage纯水系统流路特点独特的高回收率下的恒流设计1、T↓P↑，保证在7到35°C范围内，系统流量保持不变2、废水回收路径，保证低浓度废水有效回收及高浓度废水排放3、三相阀设计，保证高质量RO水才能进入下游EDIROFlowFeedwater°CTeffectPeffectResult

专利的EDI阴极活性炭涂层技术ACACNa+Na+Na+Na+H+H+OH-OH-Cl-Na+Cl-Cl-Cl-Cl--+废水二级纯水ROFeedWater环保高效稳定无需再生运行费用低无需软化剂使用寿命长有机分析室常用实验室用水分析WaterSource双蒸水去离子水饮用瓶/桶装水ASTM一级水MerckMillipore超纯水TOC(ppb)50~100几百50~100<50<5电阻率（MΩ.cm）118.20.518.218.2MerckMillipore超纯水双蒸水瓶装水去离子水ESI+from200to600m/z同时满足TOC<5ppb&电阻率=18.2

MΩ.cm的超纯水才能确保LC-MS对痕量（ppb级别）有机物的测量需求反相色谱柱中的固定相表面固定相与流动相中的疏水有机污染物结合，有效结合位点被污染物占据待分析物与固定相的结合受到制约水中有机污染物对反相色谱柱影响的原理Retentiontime(min)Intensity(mV)流动相水质对色谱柱柱效和柱寿命的影响第1次进样第1950次进样

使用DNA分离柱分析不同长度的寡核苷酸，以瓶装水作为流动相，相同条件下进样1950次后，柱效明显下降：分离度降低，峰形严重变差。使用瓶装水Retentiontime(min)Intensity(mV)

使用DNA分离柱分析不同长度的寡核苷酸，以MerckMillipore超纯水作为流动相，相同条件下进样6400次后，柱效基本没有下降，分离度和峰形保持不变。使用MerckMillipore超纯水第6400次进样Ultrapurewater20ppbUltrapurewater13ppbUltrapurewater9ppbUltrapurewater5ppbUltrapurewater2ppbConditionsWatersamples:60mLtraceenrichmentbyaccumuluationonC18columnat1mL/minColumn:C18Symetry®Waters,4.6x150mm,3.5mmGradient:Linear95%Waterto100%ACNin30min,then100%ACNWavelength:214nmSystem:WatersAlliance2695Detection:

UVviaWatersPhotodiodeArray2996有机污染物的影响——提高背景MabicS.,RegnaultC.,KrolJ.Themisunderstoodlaboratorysolvent:reagentwaterforHPLC”.LCGCNorthAmerica

2005,23(1),74-82.Water:Ultrapurewater,18.2M.cm,3ppbTOC有机污染物的影响——基线漂移、鬼峰每小时采集一次基线的信号！Water:10M.cm,approximately200ppbTOC

离子实验用水水质对HPLC/LC-MS的影响有机物细菌颗粒物实验用水中的污染物降低色谱柱的柱效，严重减短色谱柱寿命与待分析物相结合或反应，影响保留时间基线漂移、提高背景噪音、杂峰、峰型劣化影响检出限、重现性、痕量分析（ppb-ppt）

离子遇有机试剂形成结晶盐，堵塞管路磨损泵离子造成质谱检测出现离子加合峰离子与待分析物结合改变质荷比部分特殊离子具有紫外吸收能力用途空白样标准曲线配制流动相配制容器清洗/润洗进样器等配件清洗最佳水质TOC<5ppb细菌<1cfu/ml直径>0.22μm

的颗粒<1个电阻率=18.2MΩ.cm堵塞色谱柱，裂解产生有机物和离子污染形成菌膜，持续增殖并产生有机分泌物堵塞管路和色谱柱，造成柱内涡流磨损色谱泵和进样器释放表面吸附的各种有机物和离子污染进样口和质谱Milli-QAdvantage/Reference超纯水系统电阻率=18.2MΩ.cmTOC<5ppb细菌<0.1cfu/ml颗粒（0.22μm）<1个一级超纯水超纯水系统流路及特点Q-PODTOC185/254nm双波长紫外灯Quantum精纯化柱Q-Gard预纯化柱POD-Pak电阻率计TOC检测仪循环流路激光喷射镀银人造活性炭+核子级离子交换树脂，高效去除痕量离子及有机物，同时具有污染物低溶出性

2年超长寿命双波长紫外灯

符合药典规定的电阻率计和TOC计，保证产水稳定符合质量要求Milli-PAK生产最适于HPLC使用的无颗粒/细菌超纯水；LC-PAK生产TOC<1ppb超低有机物超纯水最适于UPLC-MS使用Q-Gard纯化柱&Quantum精纯化柱主要成分——人造活性炭、离子交换树脂主要纯化技术——活性碳吸附、离子交换优势特点：1、核子级离子交换树脂，无杂质，不容易破损，离子交换容量高，极低有机物析出2、镀银人造活性炭（高温溶解苯乙烯），高效吸附小分子有机物，极低离子析出3、适应不同进水条件的Q-Gard和不同应用需求的QuantumQ-gard纯化柱Quantum精纯化柱人造活性炭离子交换树脂单/双波长紫外灯主要纯化技术——紫外光氧化主要功能——通过双波长紫外光线氧化低浓度有机物成为CO2或使其成为带电物质从而被离子交换树脂吸附去除优势特点：1、超长寿命（2年）2、低压超长设计，超纯石英外壁，316L不锈钢外壳，稳定获得强大的氧化能力双波长紫外灯单／双波长紫外灯的作用254nm单波长紫外灯→杀菌作用185+254nm双波长紫外灯→氧化有机物UV254nm紫外照射技术(UV)去除细菌和有机物原理100%80%60%40%20%0%240

260280300320254nm相对影响UV灯波长(nm)3O22O32O2+2O*UV(185)UV(254)4OH*UV(254)HO22O2+2HO22CHOH3+2OH*HCHO+2HO2HCOOH+HO22OH*2OH*+CO22HO2紫外杀菌原理有机物去除原理设计满足USP(§643)要求的TOC检测仪采用AnatelTOC分析技术,专门用于高纯水中TOC的测量检测限1-999ppb检测时间3-6min只有在电阻率>2MW.cm（纯水/超纯水）的情况下方能正常工作出厂校验证书符合USP<645>并可提供校验的超纯水电导率仪普通电导率仪密理博专用电导率仪电池常数(L/S)[ρ=V/(I.L/S)]0.1cm-1

0.01cm-1

电极设计特点

棒状电极

有限的电极距离L和电极有效面积S

电极易受垂直的水流方向的影响“T”型

安装，不能实时准确测量，而且容易积垢和带入气泡同心套筒电极

更小的电极距离L和更大的电极有效面积S

电极平行于水流方向保持稳定的电池常数流路安装，水样完全通过电极，测量实时、准确。无死角，水流由下而上，无积存气泡温度探头未受保护

0.1°C精度，套筒保护适用性精度有限，用于普通纯水的测量带自动报障和温度补偿功能，适用于超纯水的精确测量多样化的个性终端精制器选择-一机两水，超纯六水VOC-Pak去除挥发性有机物EDS-Pak内分泌干扰物分析LC-PakTOC<1ppbBio-Pak有效去除热源、核酸酶及蛋白酶Millipak去除颗粒的无菌水根据专业需求选择不同的终端精制器ElementPOD超痕量元素分析Cool!元素/环境分析实验室离子色谱测量指标及限量：苯并(a)芘（ppb）；硫酸盐（ppm）等无机非金属指标；溴离子（ppb）等消毒副产物纯水需求：电阻率18.2MΩ.cm@25℃的超纯水，TOC<5ppb纯水用途：空白样品、标准品配制、试剂配制、淋洗液配制纯水的重要性：1、超纯水中的痕量离子水平(电阻率18.2MΩ.cm)确保目标物的检测不受干扰，并且降低仪器的检测背景2、水中的有机物会对离子色谱的离子交换树脂形成包被，从而使离子交换作用减弱并降低离子交换柱的寿命3、水中的颗粒、胶体不仅会在仪器内释放吸附的离子；还会造成色谱柱堵塞或形成涡流，造成局部液体流动受阻，影响离子交换作用的均衡性和稳定性4、水中的微生物会利用水中的有机物作为营养在仪器的管道内生长和增殖并持续释放代谢物，从而带来更多的微生物，有机物，离子的多重污染表面被氧化物和有机物包覆的阴离子树脂表面被油脂包覆的阴离子树脂原子吸收分光光度仪/ICP-MS测量指标及限量：各种金属指标（ppb-ppt）；纯水需求：电阻率18.2MΩ.cm@25℃的超纯水，TOC<5ppb纯水用途：空白样品、标准品配制、试剂配制、容器的清洗和润洗纯水的重要性：1、确保目标物的检测不受干扰（ppb-ppt），并且降低仪器的检测背景，减少进样口和质谱的污染2、水中的颗粒物、胶体会在仪器内缓慢释放出各种鳌合的金属离子，从而对目标离子的检测造成波动3、水中的微生物会利用水中的有机物作为营养在仪器的管道内生长和增殖，而且微生物体内也含有大量的金属离子，也会对目标离子的检测造成波动4、使用超纯水对实验容器进行清洗和润洗确保容器不会滞留金属污染物水纯化系统与分析仪器的离子水平对比ppm ppb ppt ppqMilli-QAdvantageMilli-QIntegralMilli-QReferenceQ-PODElementICP-MSClass100Class10FAASICP-OESGFAAILC超痕量元素分析Q-PODElement剖析图QuantumICPOptimizerLWFinalFilterPODBaseP0DC0VER1protectionagainstagressivechemicalsTubingforWaterDeliveryOutletSolenoidValveWatertoloop(outet)Waterfromloop(inlet)Milli-QIntegral+Q-PODElement+E-POD3124576分子生物学相关实验室PCR/RT-PCR/定量PCR实验用水需求离子，特别是Fe/Zn/Cd等重金属离子会影响DNA聚合酶作用无外源DNA影响复制效果或造成复制错误无微生物&核酸酶污染低有机物含量，特别是腐殖酸和棕黄酸

，防止有机物与DNA的缔合或者干扰酶逆转录PCRRT裂解缓冲溶液凝胶电泳cDNADNA需要满足的条件：最佳水质：TOC(总有机碳)<5ppb电阻率=18.2MΩ.cm细菌<0.1cfu/mlRNases<0.01μg/mlDNases<4pg/ml超纯水结果最接近理想曲线核酸酶作用引致的差异

核酸酶、有机物、离子引致的差异

大量的各种污染物引致实验失败实验用水对于核酸电泳分析的重要性经超滤一级超纯水配制的胶体&buffer纯水中的核酸酶在电泳过程的降解作用纯水中离子、有机物、颗粒对泳动速度和分离效果的影响纯水中微生物引入的多种污染物的综合影响电泳水质需求电阻率=18.2MΩ.cmTOC(总有机碳)<5ppbRNases<0.01ng/mlDNases<4pg/μl一级超纯水配制的胶体&bufferUFUP

UPTab自来水配制的胶体&buffer实验室纯水应用对于2D电泳的重要性瓶装水Milli-Q水

影响分析水质保障水质对染色信号和分辨率影响很大TOC(总有机碳)<5ppb电阻率=18.2MΩ.cm细菌<0.1cfu/ml离子在蛋白质结晶过程和质谱分析中发生络合反应，干扰实验进程有机污染物增加质谱分析中的背景

瓶装水体系发现206个检测超纯水发现407个检测点，而且更灵敏

纯水水质对于动物细胞培养的重要性不同水质溶解无血清培养基对细胞培养的影响10TM3TR-1M2RCellNumberx105TapwaterDistilledMill-QUFCountingonday4,n=3LogscaleTM3:mouseLeydigcellsTR-1:ratendothelialcellsM2R:mousemelanomacells123神经干细胞培养经超滤的一级超纯水无超滤的一级超纯水二级纯水去离子处理脑细胞培养经超滤的一级超纯水无超滤的一级超纯水二级纯水去离子处理123细胞培养用水重点！超滤去除痕量核酸酶和热原超纯水确保有机物、离子、微生物的有效去