Методы получения лабораторной высокочистой воды: виды примесей, способы их устранения, достигаемая степень очистки, сравнительная стоимость

Установлено, что зависимостьселективности PA мембран от рН хорошо коррелируется с зависимостью рН от щелочности исходной воды.Ультрафильтрация – способ мембранной очистки воды, в ходе которого раствор под давлением пропускают через фильтр, пропускающий только определенные компоненты. Из-за разности молекулярных масс растворенного вещества и растворителя, а также разного давления по обе стороны мембраны происходит очистка воды от посторонних примесей. Молекулярные соединения, подлежащие удалению из раствора, остаются по другую сторону мембраны и не проходят через фильтр. В основе ультрафильтрационной очистки жидкостей лежит принцип, сходный с обратным осмосом. Продавливание раствора через мелкосетчатую мембрану с размером отверстий от 0,005 мкм обеспечивает удаление до 97% железа, до 99,9% бактерий, вирусов и до 100% взвешенных веществ. При прохождении воды под давлением сквозь мембраны происходит ряд процессов: обезжелезивание; снижение цветности и мутности; удаление органический примесей (коллоидных растворови взвеси). Ультрафильтрация воды – баромембранный процесс, в ходе которого жидкость продавливается под давлением через полупроницаемую мембрану, что обеспечивает высокое качество тонкой очистки и оптимизацию микробиологических показателей. В основе фильтрационных систем – полимерные половолоконные мембраны, предназначенные для удержания частиц размером до 0,1 мкм. Назначение установок ультрафильтрации – улучшение качественных показателей жидкости перед обессоливанием. Для повышения эффективности тонкой очистки рекомендован предварительный прогрев воды до +20-25 °C.Две длины волны ультрафиолетового излучения, UV254 и UV185 используются для очистки воды. UV254 эффективно разрушает связи между атомами углерода, азота и водорода. В результате UV254 уничтожает микроорганизмы, разрушая их ДНК. Уничтожение различных организмов зависит от дозы УФ-излучения. UV185 несет больше энергии, чем более длинная волна UV254. UV185 не только разрушает органические связи, но и генерирует частицы, называемые свободными радикалами. Свободные радикалы – это короткоживущие, высокореактивные молекулы или атомы, которые могут быстро окислять органические и неорганические молекулы. Свободные радикалы ионизируют нейтральную органику, вызывая увеличение электропроводности воды. Затем ионизированные органические молекулы могут быть удалены с помощью ионообменных смол. Использование ионообменных смол после применения UV185 позволяет непрерывно производить сверхчистую воду с низким содержанием органических веществ без добавления химических окислителей. Обработка воды с помощью УФ-окисления удаляет органические примеси и улучшает стабильность и чувствительность в таких прикладных процессах, как:Высокоэффективная жидкостная хроматография(ВЭЖХ);Ионообменная хроматография;Твердофазная экстракция;УФ-спектроскопия.Успешное производство высокочистой воды зависит от тщательной интеграции этапов очистки воды и проектирования очистных систем, а также от их надлежащего периодического обслуживания. Фильтры частиц и угольные фильтры, используемые для предварительной очистки исходной воды, должны заменяться до полного истощения их ресурса. Накопительные резервуары должны быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечить полный слив воды без застойных объемов, а также должны быть оборудованы вентиляционным устройством для удаления частиц и летучих веществ из поступающего воздуха. Крупные распределительные системы также должны быть устроены так, чтобы обеспечить полную рециркуляцию воды без застойных участков. Конечное дозирующее устройство системы тонкой фильтрации воды должно быть изготовлено из высокочистых материалов с минимальным содержанием экстрагируемых загрязняющих веществ.Таким образом, современные методы очистки воды основаны на ступенчатом удалении из воды различных веществ. Предварительная очистка подразумевает удаление хлора, железа, частиц диаметром более 5 мкм. 1 ступень обессоливания выполняется методом обратного осмоса. На 2 ступени используется электродеионизация или фильтрующие элементы смешанного действия.При необходимости получить стерильную воду 2-го типа, используется ультрафиолетовое облучение. Для удаления эндотоксинов и получения воды 1-го типа используется ультрафильтрация.Системы для получения высокочистой воды 1 типа производят воду с определенными техническими характеристиками: сопротивлением 18,2 Мом/см при 25 °C; проводимостью 0.055μS / см; с общим органическим углеродом от 1 до 5ppb; свободную от примесей и органических соединений. Системы для получения ультрачистой воды 1 типа различаются по видам используемых картриджей и фильтров, а также их ресурсу, способу контроля и мониторинга за производимой водой и по производительности воды измеряемой в литрах в сутки. Существуют определенные требования и к питающей систему воде, она должна быть подготовлена определенным образом по методике обратного осмоса, методом ионного обмена или дистилляции.ЗаключениеВода является основополагающим компонентом лабораторного анализа. Все приборы, которые используются в лаборатории, требуют для своей эксплуатации воды определенного качества и типа. В современные установки лабораторного типа получения воды заданного качества включены все самые инновационные системы, такие как установки обратного осмоса, всевозможные фильтры и УФ-стерилизаторы, которые сочетают в себе надежность, качество и компактность оформления.Приведенные методы очистки непрерывно совершенствуются и дополняют друг друга, при выборе конкретного варианта очистки стоит ознакомиться с его особенностями и возможными ограничениями заранее.Список литературы1.Золотов, Ю. А. (2003). Органическое вещество в ультрачистой воде. Журнал аналитической химии, 58(11), 1125-1126.2. Ксенофонтов, Б. С. (1997). Химия и основы технологии очистки воды.3. Литовка, П. А., Жупиков, В. А., & Самыловский, С. В. (2018). Способ получения ультрачистой воды с сопротивлением 20 МОм.4. Тумаджян, А. Е., & Федоренко, В. И. (2003). Производство ультрачистой воды методом непрерывной электродеионизации. Химико-фармацевтический журнал, 37(3), 49-52.5. Уразаев, В. (2007). Обзор методов очистки воды. Технологии в электронной промышленности, (2), 72.6. Федоренко, В. И. (2004). Производство ультрачистой воды методом непрерывной электродеионизации. Вопросы технологии и экономики. Химико-фармацевтический журнал, 38(1), 35-40.7. Федоренко, В. И., Кирякин, И. Е., & Бурковский, С. С. (2004). Производство ультрачистой воды с применением двухступенчатого обратного осмоса. Мембраны, 24(4), 5-17.8. Хидео, К., Масахиро, Х., & Такеси, И. (1996). Ионообменная вода в качестве полимерного адсорбента и способ адсорбирования и удаления загрязнений.9. Bertsch J, Martinus M, Zimber D, Kubasik N, Sine H. A water purification system for laboratory use. ClinBiochem. 1978 Aug;11(4):183-4.10. Lee, A., Elam, J. W., & Darling, S. B. (2016). Membrane materials for water purification: design, development, and application. Environmental Science: Water Research & Technology, 2(1), 17-42.11. Lee, H., Jin, Y., & Hong, S. (2016). Recent transitions in ultrapure water (UPW) technology: Rising role of reverse osmosis (RO). Desalination, 399, 185-197.12. Lorch, W. (1987). Handbook of water purification.13. Yang, Z., Zhou, Y., Feng, Z., Rui, X., Zhang, T., & Zhang, Z. (2019). A review on reverse osmosis and nanofiltration membranes for water purification. Polymers, 11(8), 1252.