Вода очищенная для лаборатории

Современные системы получения воды аналитического качества как эффективная замена классических аквадистилляторов

Получение очищенной воды является важнейшим процессом в работе любой лаборатории. Вода используется для приготовления рабочих растворов, ополаскивания лабораторной посуды, в процессе пробоподготовки, для питания различных лабораторных приборов и аппаратов. По степени очистки воду можно разделить на несколько типов:

• Вода I типа (сверхчистая). Сверхчистая вода с удельным сопротивлением 18,18 МОм*см при +25 °C (вода 1 типа по ASTM, CLSI, ISO 3696, CAP). Вода данного типа применяется при проведении методик атомно-абсорбционной (ААС) и оптико-эмиссионной (ОЭС) спектроскопии, высокоэффективной жидкостной (ВЭЖХ) и газовой (ГХ) хроматографии, капиллярного электрофореза и других аналитических методов при определении следовых количеств веществ и элементов.
• Вода II типа. Вода качества бидистиллята с удельной электропроводностью не более 1 мкСм/см при +25 °C (вода для лабораторного анализа степени чистоты 2 по ГОСТ 52501-2005, вода 2 типа по ASTM, CLSI, ISO 3696, CAP). Вода данного типа наиболее востребована в лаборатории. Она применяется для приготовления растворов реагентов и микробиологических сред, для питания паровых стерилизаторов, при работе на различном лабораторном оборудовании, а также для приготовления сверхчистой воды 1 типа.
• Вода III типа. Вода качества дистиллята с удельной электропроводностью не более 5 мкСм/см при +20 °C (вода дистиллированная по ГОСТ 6709-97, вода 3 типа по ASTM, CLSI, ISO 3696, CAP). Без воды данного типа трудно представить работу лаборатории. Она используется для приготовления растворов (к которым не применяются особые требования), для питания автоклавов, парогенераторов, моечных машин, для дальнейшего приготовления воды 1 типа, при подготовке лабораторной посуды к анализам.
• Вода для инъекций. Вода с удельной электропроводностью не более 1,1 мкСм/см при +20 °C, стерильная, апирогенная (вода для инъекций по ФС 2.2.0019.15 и EP 8.0 изд. 2014). Вода данного типа используется в микробиологии, биотехнологии, молекулярной биологии, применяется для финишного ополаскивания посуды и инструментов, для приготовления растворов.
• Вода очищенная. Вода с удельной электропроводностью не более 4,3 мкСм/см при +20 °C (вода очищенная по ФС 2.2.0020.15 и EP 8.0 изд. 2014). Может применяться для приготовления воды для инъекций, в работе биохимических анализаторов, при производстве реактивов и нестерильных лекарственных средств, для приготовления растворов реактивов и в процессе пробоподготовки.

Методы получения очищенной воды

Аквадистиллятор АДЭа-4 СЗМО

Для очистки воды в лаборатории чаще всего используется принцип дистилляции, т.е. нагрев и перевод в газообразное состояние с последующей конденсацией. Воду, полученную данным способом, называют дистиллированной, а приборы для ее получения – аквадистилляторами. Для работы, аквадистиллятор требуется подключить к системе питьевого водоснабжения и источнику электроэнергии. Следует отметить, что данные приборы отличаются большим расходом воды на охлаждение и высоким потребление электроэнергии. К примеру, дистиллятор ДЭ-4М, производительностью 4 л/час, имеет мощность 3 кВт, а на охлаждение и питание требуется около 40 литров водопроводной воды в час.

Полученная с помощью дистилляции вода имеет удельную электропроводность на уровне 2-5 мкСм/см, что в пересчете на солесодержание соответствует концентрации примерно 1,5-3,5 мг/л. Такая вода относится к 3 типу, использовать ее для приготовления растворов при высокоточном химическом анализе, конечно же, нельзя.

Система получения обессоленной воды Аквалаб AL. (1) Блок предварительной очистки БПО-3 в комплекте с AL-1, AL-2 (2) Блок предварительной очистки БПО-4 в комплекте с AL-4

Для получения воды с более низким значением удельной электропроводности применяют современные многоступенчатые системы водоочистки, основанные на сочетании нескольких физико-химических процессов. Основой таких систем является процесс обратного осмоса, при котором происходит фильтрация воды через специальные мембраны под давлением. Мембраны пропускают растворитель и задерживают молекулы и ионы растворенных веществ. Метод обратного осмоса позволяет задержать более 90% растворенных солей, все взвеси и бактерии. Применяемые в системах очистки мембраны устойчивы в широком диапазоне значений рН и имеют достаточно долгий срок службы.

Однако, при применении метода обратного осмоса, большое значение имеет качество исходной воды. По некоторым показателям она должна быть чище питьевой воды. Перед подачей воды в блок обратного осмоса рекомендуется предварительно очистить ее от механических примесей, мутности, коллоидных частиц, а также соединений образующих на поверхности мембраны трудноудаляемые осадки. Для очистки воды от указанных примесей используется так называемый блок предварительной подготовки (очистки). Если же исходная вода соответствует требования СанПиН 2.1.4.1074-01 «Вода питьевая», то допускается ее подача в систему мембранной фильтрации без предварительной очистки. Но стоит помнить, что чем хуже качество подаваемой воды, тем меньше ресурс работы системы без смены картриджей.

Помимо метода обратного осмоса для получения обессоленной воды применяются технологии ионного обмена и электродеионизации, УФ облучение и др. В моделях систем очистки воды разных производителей применяемые технологии и конструкция приборов могут отличаться, но основной любой системы является метод обратного осмоса.

Преимущества мембранных систем очистки воды перед аквадистилляторами

Для сравнения эффективности и особенностей в работе систем фильтрации и классических аквадистилляторов будет рассмотрена модель Аквалаб AL-1 предназначенная для получения воды II типа производительностью 6 л/час. Напомним, что метод дистилляции, применяемый в моделях ДЭ, АДЭ, АЭ и др., позволяет получать воду соответствующую III классу, т.е. имеющую большее количество примесей. Двойная дистилляция позволяет получать воду, соответствующую II типу, для этого могут быть применены стеклянные бидистилляторы БС, производимые компанией «Химлаборприбор». Но, стоит иметь ввиду, что с помощью метода дистилляции, даже в теории, невозможно получение сверхчистой воды I типа с удельным сопротивлением 18,18 МОм*см. Максимально возможное значение, которое достигается 42-х кратной перегонкой, составляет 16,4 МОм*см при 25 гр.С, полученная таким методом вода, называется «водой Кальрауша».

Установки серии Аквалаб производятся в России компанией «Медиана-Фильтр». Модель AL-1 может поставляться в модификации AL-1 Plus для получения обессоленной сверхчистой воды I типа. Также существует возможность поставки моделей с производительностью 12 и 24 л/час.

Полный перечень установок для получения обессоленной воды серии Аквалаб приведен в таблице.

Модель	Произ-сть, л/ч	Тип получаемой воды
		Лабораторного назначения			Фарм. назначения
		III тип	II тип	I тип	Очищенная	Для инъекций
AL-1	6
AL-2	12
AL-4	24
AL-1 Double	6
AL-6 Mobil	65
AL-10 Mobil	60
AL-20 Mobil	120
AL-1 Plus	6
AL-2 Plus	12
AL-4 Plus	24
AL-2 EDI	6
AL-2 UF	12
AL-4 UF	24

Как видно из таблицы, модель AL-1 может быть использована в лаборатории для получения воды качества дистиллированной и бидистиллированной. Применение данной системы позволяет избежать основных эксплуатационных проблем классических аквадистилляторов:

• Высокие затраты при эксплуатации дистилляторов. Данная проблема является основной, т.к. работа аквадистиллятора сопряжена с большим потреблением воды на охлаждение (20-25 л на 1 л) и высоким энергопотреблением (около 0,75 кВТ*ч на 1 л). Модели с производительностью больше 10 л/час работают от сети 380В, что для многих лабораторий становится проблемой. При нестабильном напряжении сети резко падает производительность, возможно срабатывание автоматов, так называемое «выбивание пробок», при большой нагрузке на сеть;
• Нестабильное качество получаемой воды. При использовании метода дистилляции возможно попадание в дистиллят летучих органических веществ, углекислоты. Удельная электропроводность получаемой воды на уровне 2-5 мкСмсм, невозможность получения сверхчистой воды I типа даже при многократной дистилляции. Отсутствует автоматический контроль качества получаемой воды;
• Необходимость периодической промывки и удаления накипи с ТЭНов. Данная проблема особенно актуальна при использовании воды с повышенной жесткостью (солей кальция и магния);
• Длительное время выхода на рабочий режим. Требуется около 30 минут для выхода на рабочий режим. У некоторых моделей этот показатель может быть выше или ниже, но в любом случае требуется определенное время на нагрев, испарение и конденсацию воды;
• Высокая температура получаемой воды. Стоит отметить, что иногда это может являться проблемой, т.к. перед использованием воды ее приходится охлаждать. Температура воды после дистилляции около 80 гр.С.

Использование мембранных систем очистки воды исключает все вышеперечисленные проблемы. Приборы имеют современный дизайн, изготавливаются из качественных материалов, процесс работы автоматизирован. Для стабильной работы системы требуется периодическая замена фильтрующих элементов (картриджей), но учитывая относительно невысокую их стоимость, экономическая выгода существенно выше, чем при использовании классических аквадистилляторов.

Сравнение основных характеристик систем AL-1 и аквадистилляторов

Характеристика	Al-1	ДЭ-4	ДЭ-10
Производительность, л/ч	6	4	10
Потребляемая мощность, КВт	0,05	3	9
Водопотребление, л/ч	12	40	250
Тип получаемой воды	III, II	III	III
Питание от сети, В	220	220	380
Себестоимость 1 литра воды с учетом расходных материалов, руб.*	1,84	6,00	6,88
Ориентировочная стоимость прибора, тыс.руб	100	30	40

*Учтена стоимость электроэнергии за 1 КВт = 5,7 р., забора и слива воды за 1 м3 = 30,87 р. Информация предоставлена изготовителем систем AL-1.

В среднем, используя аквадистиллятор производительностью 4-5 л/час, лаборатория производит около 10 тысяч литров дистиллированной воды в год. Себестоимость данной воды при использовании классического аквадистиллятора около 60 тыс.руб., а вода, произведенная установкой AL-1, будет иметь себестоимость около 18 тыс. руб. Разница в себестоимость около 40 тыс. руб.! Помимо прочего, производимая установкой Аквалаб AL-1 вода относится к более высокому типу и не требует двойной дистилляции.

Для приобретения установок получения обессоленной воды Аквалаб и получения более подробной технической информации обращайтесь по координатам указанным в разделе «Обо мне».

Полный каталог оборудования ТМ Аквалаб можно скачать по ссылке: Каталог оборудования AQUALAB 2016

Источник

Тимерхан ® DIH2O

Вода для химических, аналитических и клинических лабораторий

Вода-реактив (Reagent Grade) в спецификациях ASTM D 1193 , CLSI C3-A4 , ISO 3696 и ГОСТ Р 52501-2005 . Используется как реагент либо как хладагент для лазерного и промышленного оборудования, при производстве высокочистых веществ, в хроматографии (ВЭЖХ ), спектрометрии, как носитель для генерации водорода

* менее предела обнаружения.
** определяется при сорбции; если УЭП равно 0,1 мкСм/см, то значение pH должно находиться в пределах от 6,6 до 7,7.

Вода для лабораторного анализа

Общее представление о том, что такое вода для лабораторного анализа и каковы методы ее получения. Требования предъявляемые к качеству лабораторной воды. Мешающие загрязнения и способы их устранения при изготовлении продукции. Вопрос стоимости ее приобретения.

Реактив химический общелабораторного назначения (ОКПД2 20.59.52.194); вода аналитического качества (по ISO 3696, ASTM D 1193) ; может именоваться просто как деионизированная вода (аббревиатура DI , diH2O ) либо как деминерализованная вода (обессоленная).

Определение. Общие положения

Требования к качеству лабораторной воды

Наиболее известные и широко применяемые требования к качеству лабораторной воды для анализа были описаны международным стандартом ISO 3696 Water for analytical laboratory use — Specification and test methods , национальным стандартом США ASTM D 1193 Standard Specification for Reagent Water и руководством Института клинических и лабораторных стандартов CLSI C3-A4 Preparation And Testing Of Reagent Water In The Clinical Laboratory; Approved Guideline – Fourth Edition . Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 52501-2005 Вода для лабораторного анализа. Технические условия , разработанный Техническим комитетом по стандартизации ТК 343 «Качество воды», является переводом и модификацией ИСО 3696:1987.

Требования к деионизированной воде, устанавливаемые настоящими стандартами, касаются воды аналитического качества, как правило, используемой в лабораторных исследованиях для анализа неорганических химических веществ. Деионизированная вода для анализа применяется в высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), масс-спектрометрии, методах атомно-эмиссионной спектрометрии с идуктивно связанной плазмой, атомно-абсорбционной спектрометрии и определении компонентов в следовых количествах (иногда ультраследовых). При нормировании по микробиологическому загрязнению, эндотоксинам может также использоваться в биомедицинских целях.

Во всех случаях рекомендации по качеству воды для анализа определяются спецификой ее применения и предполагается, что вода содержит близкие к микроскопическим (10 -6 − 10 -8 ) примеси растворенных органических-неорганических веществ и имеет удельное сопротивление не ниже 0,2 − 0,5 МОм·см.

Технология получение воды аналитического качества

При производстве воды аналитического качества применяются те или иные химические и физические способы умягчения воды и удаления загрязнений: реагентные, ионообменные и мембранные методы, ультрафиолетовая и магнитная обработка воды. Выбор и/или подбор методов, применяемых в технологическом процессе зависит от изначального качества воды и необходимого уровня умягчения (см. Технические требования к качеству воды и водоподготовке. Общие положения). Типичная схема получения воды для анализа, как и ультрачистой воды, включает в себя три стадии: стадию предварительной обработки для получения очищенной (питьевой) воды, первичную стадию дальнейшей очистки (обратный осмос, нано- и/или ультрафильтрация, УФ-установки жёсткого излучения, сорбция и т.п.) и финишную стадию процесса однослойного или смешанного (многослойного) ионного обмена и фильтрации, наиболее дорогостоящую часть процесса очистки воды, сильно зависящую от используемых типов смол, их форм, применяемой системы распределения и хранения воды.

Особенности, преимущества и недостатки каждого из методов указывают на необходимость повторного использования нескольких этапов водоподготовки либо разных методик для достижения желаемой чистоты воды. Диапазон чистоты получаемой воды определяется исключительно в соответствии с производственным процессом. В большинстве случаев, перед отбором, деионизированная вода непрерывно циркулирует в последней стадии ионного обмена.

В отличие от ультрачистой воды, вода аналитического качества 2-й и 3-й степени чистоты (по ИСО 3696:1987), представляет собой реагент, близкий по классификации к химически чистым, способность которого накапливать «загрязнения» значительно ниже (при соблюдении определенных мер предосторожности), а хранение и транспортирование такой деионизированной воды осуществлять гораздо проще.

Тем не менее, при необходимости применяется, в том числе и технология финишной очистки, что только косвенно влияет на фактическую стоимость будущей продукции. Главная особенность при изготовлении воды для лабораторного анализа или, вообще, деионизированной воды определенной степени чистоты состоит в возможности ее дальнейшего использования и поставки, так как для этого существуют доступные и менее дорогие системы хранения и транспортирования химически чистых веществ (при условии соблюдения методов отбора проб и сроков хранения).

Деионизация

Рис. 1.2 Рекомбинация ионов с образованием молекулы воды

Тем не менее, поскольку большинство примесей в воде, не содержащих твердых частиц, являются растворенными солями, деионизация дает очень чистую воду, которая в целом похожа на дистиллированную воду, с тем преимуществом, что процесс происходит эффективнее, быстрее и при использовании деионизированной воды не образуется накипь, отложения на поверхностях (деионизированная вода обладает очень низкой концентрацией кремнезема).

Вообще, финальный процесс ионного обмена с применением ядерных смол критичен к присутствию в воде примесей железа или марганца, содержанию активного хлора. Содержание таких веществ как сероводород, полифосфаты, нефтепродукты или сульфаты в питающей воде носит не допустимый характер. Поэтому, еще до первичной стадии деионизации (т. е. ионного обмена), необходима предварительная обработка воды, для чего применяются разные методы фильтрации, фотоокисления, умягчения, озонирования и т.п.

Методы фильтрации

В основе всех типов очистки воды данным методом лежат мембранные фильтры. Мембранные фильтры для очистки воды бывают разных типов, их строение схоже, но очищенная вода имеет разные характеристики. Основное назначение мембранных фильтров − удаление фазово-дисперсных примесей выше номинального размера пор фильтра в соответствии с эффективностью фильтров или бета-коэффициента при заданном потоке (или скорости потока). Мембранные фильтры чаще всего используются в различных точках системы водоподготовки при удалении бактерий и механических частиц. Технологии фильтрации включают обратный осмос или двухступенчатый обратный осмос, нанофильтрацию, ультрафильтрацию, микрофильтрацию частиц и патогенных бактерий.

Прежде всего, питающая вода после отстаивания и насыщения озоном, проходит через различные магистральные мембранные фильтры и умягчители. Нанофильтрационная мембрана (или ультрафильтрация) очищает воду от тяжелых металлов (щелочных), микроорганизмов, тонкодисперсных (взвешенных) частиц, частично солей жесткости и органических веществ. В свою очередь, обратноосмотическая мембрана задерживает растворенные примеси, главные соли жесткости (катионы и анионы), органические и микробиологические загрязнения вплоть до 99,7 % (зависит от используемой мембраны ОС , оптимального давления поршня насоса).

Ультрафильтрация

Методы ультрафильтрации способны удалять бактериальные эндотоксины и нуклеазы, которые могут влиять на процедуры культивирования тканей и клеток (при гемодиализе), или подготовку питающей водной среды. Ультрафильтрация не может удалять растворенные вещества и газы.

Обратный осмос

Удельная электропроводность воды на этой стадии очистки не превышает 4 − 5 мкСм/см.

Рис. 1.3 Установка обратного осмоса с системой контроля ROC

Ультрафиолетовое окисление

Адсорбция и аэрация

Адсорбция − это процесс поглощения растворенных в воде газов и загрязняющих веществ поверхностным слоем адсорбента, применяемый при очистке воды.

Сочетание процессов озонирования, сорбции, адсорбции используется для удаления активного хлора и хлораминов (содержание которых в питающей воде не должно превышать установленных норм для особо чистых смол ионного обмена) из исходной воды. Адсорбент (активированный уголь высокой площади поверхности) при правильном размере и правильном выборе, может также эффективно уменьшать органические вещества, измеряемые как общий органический углерод (TOC ). Адсорбция может быть совмещена с другими методами (аэрация, дегазация) для эффективного достижения низкого показателя TOC и высокого удельного сопротивления воды. Адсорбционные методы сами по себе не удаляют ионы и твердые (механические) частицы. Эти методы являются частью и основой начальной стадии водоподготовки.

Изготовление продукции

К воде для анализа, используемой в химических, клинических и аналитических лабораториях, предъявляются, в большинстве случаев, умеренные требования по глубине обессоливания, очистке от частиц, коллоидов и микроорганизмов. Так для питания лабораторного оборудования более чем достаточно использовать деминерализованную воду с удельным сопротивлением в 1 МОм·см. В биомедицине и фармацевтической промышленности используется вода с удельным сопротивлением порядка 2 МОм·см. В качестве хладагента, в принципе, оптимальный вариант − это деионизированная вода с удельным сопротивлением 0,5 − 0,8 МОм·см. Следует иметь ввиду, что во всех случаях речь идет об удельном сопротивлении как о показателе чистоты, при условии низкой (предельно низкой) концентрации существенно определенных типов примесей. В этом смысле деионизированная вода универсальна и практически не содержит сторонних примесей независимо от их типа, наиболее безопасна в промышленном и бытовом применении (не оставляет разрушающих воздействий при частом использовании).

Ограничения на имеющиеся примеси готовой к применению продукции устанавливаются доступными аналитическими методами (спектральный анализ, хроматография, гранулометрия, фотометрия и др.), выполняемыми в оснащеной современным импортным оборудованием чистой лаборатории: аналитическая лаборатория АНАЛИТ генерального дистрибьютора компании Shimadzu Europa GmbH, центр химико-аналитических исследований ИОФХ им. А. Е. Арбузова ФИЦ КазНЦ РАН и др. Онлайн и оффлайн методы используются как средство контроля в процессе производства деионизированной воды.

Мешающие загрязнения

Для получения проб воды, подлежащих качественному анализу, требуются большая осторожность и мастерство. Необходимо учитывать возможные источники загрязнения, которые обусловлены процедурой отбора проб. Степень загрязнения взятой пробы зависит от растворимости материалов при контакте с водой, а также от площади и времени контакта между водой, материалами и воздухом.

Кроме того, материал из которого изготовлены бутылки, пригодный для одного анализа, может быть приемлемым или неприемлемым для другого: пластик, такой как поликарбонат или полиэтилентерефталат (ПЭТФ) будет пропускать УФ-лучи и кислород и отдавать углекислоту; перфторалкокси-полимеры (ПФА) или политетрафторэтилен (ПТФЭ, тефлон) будут выщелачивать фторид; боросиликатное стекло будет выщелачивать ионы на уровне порядка мкг/л. Основные загрязнители боросиликатного стекла − это натрий (Na), калий (K), бор (B) и диоксид кремния (SiO₂). По этой причине, стекло и пластик для хранения деионизированной воды не лучший вариант при ультра низких концентрациях примесей. Недопустим также прямой контакт воды с поверхностями выполненными из нержавеющих металлических сплавов.

Хранение воды для лабораторного анализа

Загрязнение деионизированной воды во время хранения возникает в основном из-за растворения компонентов упаковки и из-за поглощения веществ, присутствующих в окружающей атмосфере. Однако, при не очень низких ограничениях на концентрации примесей, для хранения и транспортирования деионизированной воды 2-й, 3-й или 4-й степени чистоты, допускаются предварительно обработанные емкости из полиэтилена высокого давления или политетрафторэтилена. Воду для анализа, не уступающую по качеству бидистиллированной воде (УЭП порядка 1 − 0,8 мкСм/см) можно хранить в нейтральных чистых воздухонепроницаемых полностью заполненных бутылях (канистрах), предварительно промытых водой той же степени чистоты. Стабильность качества, также будет зависеть от срока хранения и температуры. Если нельзя немедленно использовать по назначению, то рекомендуется хранить в темном и прохладном месте.

Транспортирование

Разлитую в потребительскую упаковку, деионизированную воду транспортируют всеми видами транспорта в крытых транспортных средствах в соответствии с правилами перевозок грузов, действующими на данном виде транспорта, при температуре от 2 °С до 35 °С.

Стоимость воды для лабораторий

Как и в случае с ультрачистой водой, мы рекомендуем покупать или заказывать только свежеприготовленную воду для лабораторного анализа, по той причине что вода − это слабый электролит, который постепенно (а, возможно и быстро) теряет свои качества химически чистого реактива.

Узнать стоимость воды для лабораторий можно на нашем сайте в разделе Продукция. Весь цикл изготовления воды для лабораторного анализа для каждой партии продукции осуществляется непосредственно перед ее отправкой, после предварительной оплаты.

В подготовке материала использована научная статья Laboratory Water. Its Importance and Application – March, 2013 .
Издание National Institutes of Health (NIH).

Дополнительные источники информации:

Вестник ИГЭУ , Журнал, ФГБОУ ВО «Ивановский Государственный энергетический университет имени В.И. Ленина» .

Методика расчета рН и концентраций ионных примесей питательной воды на ТЭС по измерениям удельной электропроводности
Вестник ИГЭУ – 2016 г., УДК 621.187.11 , стр. 11 — 15 .

ГОСТ Р 57165-2016 (ИСО 11885:2007) Вода. Определение содержания элементов методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой , М.: Стандартинформ – 2016 .

Источник