实验室检测用水.docx

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实验室检测用水

国际标准化组织的实验室纯水规范ISO3696:

1987年

该标准包括以下三个等级：

I级

基本上去除了溶解或胶状的离子和有机污染物，适用于最严格的分析需求包括高效液相色谱（HPLC）。

它由II级水进一步处理而成，比如在反渗透或离子交换后连接滤器，通过一个0.2µm孔径的膜过滤器去除颗粒物，或用石英玻璃蒸馏水器进行双蒸。

II级

非常低的无机物、有机物或胶体污染物含量，并适合于灵敏的分析目的，包括原子吸收色谱（AAS）和痕量的成分分析。

可由多次蒸馏、离子交换或反渗透后连接蒸馏而制成。

Ⅲ级

适用于大部分实验室的湿化学实验及试剂制备。

可由单级蒸馏、离子交换或反渗透制成，除非另行说明，Ⅲ级水可适用于普通分析工作。

国际标准化组织的实验室纯水规范ISO3696:

1995年

技术参数

I级

II级

Ⅲ级

pH在25ºC

N/A

N/A

5.0to7.5

最大电导率

µS/cm在25ºC

0.1

1.0

5.0

最大氧化物、

氧（O2）含量mg/l

N/A

0.08

0.4

254nm时的最大吸光率，在1cm光径长度

0.001

0.01

无指标

110ºC蒸馏后的最大残余物mg/kg

N/A

1

2

二氧化硅（SiO2）最大含量mg/l

0.01

0.02

无指标

美国实验和材料学会（ASTM）D1193-99标准规定的试剂级纯水

这一指标涵盖了适用于化学分析和物理实验的用水需求，从多种等级中选定一种，由使用方法或研究者决定了不同等级纯水的具体应用。

类型I*

类型II**

类型III***

类型IV

最大电导率（µS/cm@25ºC）

0.056

1.0

0.25

5.0

最小电阻率（MΩ-cm@25ºC）

18.0

1.0

4.0

0.2

pH@25ºC

-

-

-

5.0-8.0

最大TOC（μg/L）

50

50

200

无要求

最大钠含量（μg/L）

1

5

10

50

最大硅含量（μg/L）

3

3

500

无要求

最大氯化物（μg/L）

1

5

10

50

要点:

*需要使用0.2µm膜滤器

**通过蒸馏制备

***需要使用0.45µm膜滤器

当需要控制细菌水平时，相关等级类型应被如下进一步分级：

类型A

类型B

类型C

最大总细菌数CFU/100ml

1

10

1000

最大内毒素含量IU/ml

0.03

0.25

-

临床及实验室标准研究所（CLSI）（1997）

类型I

类型II

类型III

最大细菌数（CFU/ml）

10

1000

NS

pH

NS

NS

5.0-8.0

最小电阻率（MΩ-cm@25ºC）

10

1

0.1

最大SiO2含量mg/L

0.05

0.1

1

颗粒物

0.2µm滤器

NS

NS

有机污染物

经活性炭、蒸馏或反渗透处理

NS

NS

药典标准

各国药典由各国的权威机构制定，值得注意的是美国、欧洲和日本的药典。

各种材料包括水，都被用于医疗工作。

在每一册药典中纯水的指标都是基本相同的，灭菌制剂对水的要求很高。

欧洲药典和美国药典对纯水的规定标准在下面简要列出，注射用水对细菌/热源要求十分严格，制备方法有特殊规定。

药典对纯水的需求

特性

欧洲药典

美国药典

中国药典（纯化水）

中国药典（注射用水）

中国药典（TOC检测用水）

电导率

<4.3µS/cm在20ºC

<1.3µS/cm在25ºC

<5.1µS/cm在25ºC

<1.3µS/cm在25ºC

<1.0µS/cm在25ºC

TOC

<500µg/l碳

<500µg/l碳

0.50mg/L

0.50mg/L

0.10mg/L

细菌（指导数据）

<100CFU/ml

<100CFU/ml

<10CFU/100ml

<10CFU/100ml

-

硝酸盐

<0.2ppm

-

<0.6ppm

<0.6ppm

-

重金属

<0.1ppm

-

<0.1ppm

<0.1ppm

-

6纯水的应用

缓冲液和介质制备

不同的实验目的灵敏度要求也不同，它决定了试剂制备或稀释用纯水的等级。

对很多普通化学应用，灵敏度不是首要因素，实验室Ⅱ级纯水就已经具备了足够好的纯度。

在此基础上结合去离子技术就可得到很低离子含量的超纯水，结合UV灯、过滤和循环管路等手段，还可以很好地控制有机物和微生物水平。

临床生物化学

临床实验室用水应依照相应的水质标准，其中最相关的是美国临床实验室标准研究所（CLSI）标准中的I型纯水，美国、日本、欧洲的药典也是很常用的标准。

临床分析仪供水或在任何制备和分析程序中的用水，都应使用结合多种纯化技术制成的高品质纯水。

临床分析仪用水纯度要求应依据分析仪制造商的设置而定，但通常电阻率应大于10MW-cm，TOC小于50ppb以及细菌水平小于5CFU/ml。

电化学

用于实验室的电化学技术包括从伏安法和电位测定法，到电化学扫描隧道显微（SECM）、电化学阻抗谱（EIS）和电致化学发光（ECL）。

这些技术依靠灵敏的测量被测物发出的微小电信号进行工作，因而所使用的水应该产生最小的背景干扰。

建议用于电化学的水等级至少电阻率大于5MW-cm，无机物、有机物和凝胶污染物含量较低，TOC含量小于50ppb以及细菌含量低于1CFU/ml的实验室Ⅱ级纯水。

对超痕量电化学分析仪，需用超纯水。

电泳

大分子可以通过几个不同的技术被彼此分离，包括化学方式、超速离心法和电泳。

电泳用水最重要的要求是生物活性物质诸如内毒素（通常小于0.005IU/ml）、核糖核酸酶和蛋白酶（不可测定）的去除。

最好用电阻率18.2MΩ-cm，TOC小于10ppb，0.1um或更小孔径的微滤以及细菌含量低于1CFU/ml的超纯水作为供水。

电生理学

电生理学方法涵盖从测量生物反应到电流和电磁领域，从整个动物体的研究到使用微电极和细胞膜片钳技术的单细胞研究。

电生理学技术通常很敏感，水中无机污染物对其会造成很大干扰。

推荐使用至少电阻率大于1MΩ-cm，TOC小于50ppb以及细菌含量低于1CFU/ml的实验室Ⅱ级纯水。

内窥镜检查

医疗保健领域的临床应用要求低内毒素的纯水用于内窥镜清洗。

带UV灯、超滤并定期消毒的初级和实验室Ⅱ级纯水都可使用。

内毒素分析

从分离到细胞培养的各种用水应用领域都要求规定内毒素指标，内毒素最大指标范围从0.25IU/ml到0.03IU/ml。

对内毒素分析，适用少内毒素的超纯水，通常是0.05IU/ml或更小。

超滤是制造少内毒素超纯水的必需手段，而且可以结合UV灯进行光氧化。

F-AAS–火焰法原子吸收

虽然F-AAS技术与多元素分析的等离子质谱（ICP-MS）和离子发射光谱（ICP-ES）有些重叠，但由于其适宜的成本，原子吸收光谱（AAS）还是非常广泛地用于较小的实验室或特殊分析，其元素的监测下限从ppb到ppm不等。

实验室Ⅱ级纯水的纯度通常足以满足大部分常规的AAS分析，它不要求低水平的有机物和细菌含量。

供应蒸馏水器

蒸馏是比较早期的水纯化方式，是最有效的预处理水的方法之一。

目前国际上越来越通行的方法是，由Ⅲ级纯水而不是由饮用水直接供应蒸馏水器。

供应超纯水系统用水

用饮用水或相应水源生产超纯水（18.2Mohm-cm,TOC<5ppb）通常由两个阶段完成——预处理和超纯化处理。

预处理减少所有大量杂质——无机物、有机物、微生物和颗粒——大约超过95%被去除，使用反渗透、反渗透结合离子交换或EDI可以被最有效地实现以上目的。

也可以单独采用离子交换纯化饮用水，但不能使有机物、细菌和颗粒杂质的指标达到同等水准。

越好的预处理水质，对超纯水的出水水质越有保障。

GC-MS–气质联用

对于GC应用，纯水经常被用于制备空白对照组、标准样和样本的预处理，诸如固相萃取。

气质联用的灵敏度非常高，其对高纯度水的纯度要求是非常严格的。

TOC水平尽可能低，通常小于3ppb，以RO水为进水的低TOC水平的超纯水可以完全满足要求。

必须严格按操作说明使用超纯水仪以确保持续的高品质出水。

普通化学

普通化学实验推荐用水等级为电阻率>1MW-cm，TOC<50ppb以及细菌含量低于10CFU/ml的实验室Ⅱ级纯水。

GFAAS-石墨炉原子吸收光谱法，也称CFAAS

GFAAS与其它原子吸收光谱测定（AAS）的不同之处是，其火焰炉被电子发热石墨管或棒替代，其能在元素分析中达到很高的灵敏度。

GFAAS要求顶级纯水系统，提供ppt级的杂质水平，18.2MW-cm的电阻率和低TOC指标，内置监测仪提供纯度保证，最终的水质指标是由良好的预处理系统，加上连续循环流路和纯水的超纯化而实现。

玻璃器皿的清洗/冲洗

玻璃器皿的清洗是大多实验室每天的例行公事，它对水等级的要求依据实际应用的不同而定。

考虑到成本，适用于大部分常规用途的玻璃器皿的清洗可用初级纯水。

对比较敏感的分析或遗传实验来说，适用实验室Ⅱ级纯水，通常电阻率水平在1-15MW-cm。

对于鉴定应用，诸如痕量分析技术（如ICP-MS）、高灵敏的细胞培养和严格的临床应用，其玻璃器皿应该用超纯水清洗，特别是最后一次冲洗。

如果用被污染的玻璃器皿装载缓冲液、介质或稀释液，就很难保证它们的纯度了。

电阻率应为18.2MW-cm，TOC小于10ppb以及细菌含量低于1CFU/ml。

生物组织学

由于大部分生物组织学工作的性质，其细胞是固定和不繁殖的，应使用实验室Ⅱ级纯水。

典型的电阻率为大于1MW-cm，TOC小于50ppb以及细菌含量小于1CFU/ml。

HPLC-高效液相色谱

高效液相可以直接分析痕迹量或大量的成分。

纯水可以作为流动相的一个成分，也可以用于制备空白、标准及样品制备。

对于那些灵敏度要求不高的分析实验，其对纯水的要求条件是TOC小于50ppb以及电阻率大于1MΩ-cm。

梯度洗脱HPLC有极低的监测下限，例如完全低于1ppb。

纯水的使用也是必需的，并且其纯度要求很高，TOC水平通常小于3ppb，这接近超纯水系统为特殊使用目的设计的TOC水平的最佳极限，此时最好使用RO水作为超纯水系统的进水。

必须严格按操作说明使用以确保持续的高品质出水。

DiagramText（图表）

水栽法

在水栽培应用中水源要足够纯，不仅保证添加的矿物和营养物质浓度的准确，而且要防止污染物引起的间接影响。

举例来说，高水平的溶解成分特别是钙和镁能造成高碱度改变水的硬度。

高浓度的钠和氯化物也会导致直接毒性，并会通过妨碍钙、镁、硝酸盐和痕量元素的吸收而造成间接破坏。

水栽推荐使用低离子、低有机物和低细菌污染水平的实验室Ⅱ级纯水。

ICP-AES-电感耦合等离子光谱仪

在ICP-AES应用中，对不同元素的灵敏度明显不同，但金属、过渡金属、磷和硫监测下限都在ppb（µg/l）范围内。

ICP-AES对水的纯度要求相当严格，电阻率大于18MΩ-cm的超纯水仪是必须的，TOC的要求一般不太重要，前处理要求反渗透或离子交换。

ICP-MS-等离子体质谱

ICP-MS可被用于测定在ppt水平（ng/l）的元素。

对这种灵敏的ICP-MS分析工作水纯度的要求非常严格，要求水中杂质在ppt水平，电阻率18.2MΩ-cm和较低的TOC。

双柱之间的中间水质监测仪提供更进一步的水质保证，最终的水质指标是由良好的预处理系统，加上连续循环流路和纯水的超纯化而实现。

免疫细胞化学

对于免疫细胞化学，用抗体监测特殊蛋白质的转移会被来自微生物和相关生物活性细胞的碎片和代谢物的污染所干扰。

推荐使用少内毒素的超纯水。

IC–离子质谱

IC通过直接注射10-50ml样本用于少量和大量成分测定（比如低至0.1ppm），高纯度的纯水用于空白、标准样和洗脱掖制备。

对此类应用如果运行成本是个问题的话，实验室Ⅱ级纯水大致适合，否则超纯水是首选。

我们可以通过离子交换柱预浓缩被测离子并将其注入洗脱液，用IC进行分离和分析，这样就可以将IC的监测下限提高到ppt级。

50或100ml样品就可以用这种方法进行分析。

这种方式要求纯度很高的水，其杂质在ppt水平，电阻率18.2MΩ-cm和较低的TOC。

双柱之间的中间水质监测仪提供更进一步的水质保证，最终的水质指标是由良好的预处理系统，加上连续循环流路和纯水的超纯化而实现。

哺乳动物细胞和细菌培养

对成功的细胞培养来说，必须没有细菌、酵母和各种杂质的污染。

有一点必须确定，任何介质或缓冲液都应是高纯度的，有机物、无机物、可溶性气体的高污染水平都会直接影响细胞培养（或间接影响细胞培养比如改变pH值），细胞培养主要关心微生物污染以及相关生物活性细胞的碎片和代谢物。

建议至少使用实验室Ⅱ级水用于细菌培养，电阻率大于10MW-cm,TOC小于50ppb以及细菌含量低于1CFU/ml。

推荐使用少热源的超纯水用于灵敏的哺乳动物细胞培养。

质谱分析

质谱能对混合物进行痕量分析，由于其高灵敏度，所以要求最高纯度的用水。

所有的样本制备、样本的前处理，例如固相萃取都需要超纯水。

要求水中杂质在ppt水平，进行有机物分析要求电阻率18.2MΩ-cm，非常低的TOC，一般指标小于3ppb。

双柱之间的中间水质监测仪提供更进一步的水质保证，最终的水质指标是由良好的预处理系统，加上连续循环流路和纯水的超纯化而实现。

微生物分析

常规的微生物分析要求实验室Ⅱ级纯水。

应该有较低的细菌污染和低水平离子、有机物和颗粒杂质。

电阻率大于1MΩ-cm，TOC小于50ppb以及细菌含量小于1CFU/ml。

分子生物学

分子生物学研究的焦点集中在核酸、蛋白质和酶。

微生物以及相关生物活性细胞的碎片和代谢物的污染对其有严重影响。

推荐使用少热源的超纯水。

单克隆抗体研究

单克隆抗体正日益成为新型疗法和体内诊疗产品开发中极具价值的工具。

对灵敏的细胞培养，有一点必须确定，任何介质或缓冲液都必须是高纯度的。

有机物、无机物、可溶性气体的高污染水平都会直接影响细胞培养（或间接影响细胞培养比如改变pH值），细胞培养主要关心微生物污染以及相关生物活性细胞的碎片和代谢物。

细菌培养用水至少应该是实验室Ⅱ级纯水，其电阻率大于10MW-cm，TOC小于50ppb以及细菌含量小于1CFU/ml。

对敏感的哺乳动物细胞培养，推荐使用少热源的超纯水。

它由经过去离子、反渗透或蒸馏方式预纯化的纯水再经过超纯化柱制成，超滤将确保去除其中的核酸酶和内毒素。

植物组织培养

微繁殖技术允许大量克隆某种植物和大量繁殖无病害植物。

为使潜在的生物活性物质的影响最小化，推荐使用少热源的超纯水。

定性分析

定性分析方法应该使用实验室Ⅱ级纯水，其电阻率大于1MW-cm，TOC小于50ppb以及较低的颗粒性杂质和细菌含量。

不过，对灵敏度高的分析技术如ICP-MS，需要最佳指标的超纯水，无机物杂质在ppt水平，电阻率18.2MΩ-cm和较低的TOC。

RIA放射免疫分析和ELISA酶联免疫吸附分析

在ELISA中的抗体反应很强烈，在大部分分析中不需要最高纯度的水，实验室Ⅱ级纯水就可适用。

其电阻率大于10MW-cm，TOC小于50ppb以及细菌含量低于1CFU/ml。

样本稀释和试剂制备

在制备样本、空白、试剂和标准样时都会用到稀释。

用于稀释的纯水其纯度必须足以不破坏或影响后续的分析。

普通化学实验涉及到的缓冲液、空白和标准样，对于被分析物在1ppm以上的，采用电阻率大于1MW-cm，TOC小于50ppb，低细菌含量的实验室Ⅱ级纯水就可以满足需要并带来理想的分析结果。

对ppb水平或更低的痕量分析，需要超纯水用于空白和标准样的制备。

SPE-固相萃取

SPE广泛用于痕量有机物测定的预处理阶段，将痕量的被测物从大量杂质中分离出来。

对于痕量分析用制备空白、标准样和冲洗固相提取，均需要有机物污染最少的超纯水。

从RO水作为进水，有最低TOC参数的顶级纯水仪完全满足此应用。

应严格按照操作手册使用，以确保持续的高品质出水。

分光光度测定

推荐至少使用实验室Ⅱ级纯水用于分光光度测定，要求无机物、有机物或凝胶污染均较低，电阻率大于1MW-cm。

低TOC含量（小于50ppb），在有UV检测器的仪器中尤为重要，因为溶解性有机物可能会干扰其检测。

蒸汽发生器

蒸汽发生器的应用范围包括无尘室增湿、保湿、直接蒸汽加热、高压灭菌器和消毒器。

大部分蒸汽发生器由预处理过的饮用水供水，以避免细菌滋生、污染物沉淀从而减少维护保养，增强系统性能和提高清洁水平。

蒸汽发生器可使用通过反渗透方式制成的初级纯水，电导率范围在1–50mS/cm（电阻率为0.02至1.0MW-cm）。

TOC分析

TOC分析是一种非特定的分析方法，定量分析有机物全部碳含量。

当前的应用范围从废水的高水平到超纯水中的亚ppb水平，在此技术中水也被用于稀释样本，制备试剂和标准样。

对高含量物的测量，实验室Ⅱ级纯水即适用，痕量工作需用超纯水。

痕量金属监测

先进的现代分析仪器不断提升分析的灵敏度。

痕量元素现在通过使用诸如ICP-MS技术，可测定在ppt和亚ppt水平的物质。

痕量分析工作需要不含可测定成分的纯水，并且水质要求适用于最严格最灵敏的ICP-MS工作。

因此，空白试剂、标准样稀释和样本制备均需要纯度最高的水，甚至需要在无尘室中操作。

水质分析

进行水质分析是基于多种不同原因。

其中包括确认饮用水纯度达到当前的标准、检验纯化程序是否成功，以及江河湖水的环境测试。

水质分析要求用纯大于5MW-cm,TOC小于50ppb以及细菌含量低于1CFU/ml的实验室Ⅱ级纯水。

应用一览

生命科学应用

技术

灵敏度

电阻率（MΩ-cm）

TOC（ppb）

滤器（µm）

细菌

（CFU

/ml）

内毒素

（IU/ml）

核酸酶

纯水等级

细菌细胞培养

一般

>1

<50

<0.2

<1

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

临床生物化学

USP/EP

>2

<500

<0.2

<1

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

CLSI

>10

<500

<0.2

<1

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

电泳

高

>18

<10

UF

<1

<0.005

ND

少热源超纯水

电生理学

一般

>1

<50

<0.2

<1

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

酶联免疫吸附分析

一般

>1

<50

<0.2

<1

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

内毒素分析

标准

>1

<50

<0.2

<1

<0.05

ND

少热源超纯水

高

>18

<10

UF

<1

<0.002

少热源超纯水

组织学

一般

>1

<50

<0.2

<1

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

水栽培

一般

>1

<50

<0.2

<1

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

免疫细胞化学

高

>18

<10

UF

<1

<0.002

ND

少热源超纯水

哺乳动物细胞培养

高

>18

<10

UF

<1

<0.002

ND

少热源超纯水

介质制备

一般

>1

<50

<0.2

<1

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

微生物分析

一般

>1

<50

<0.2

<1

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

分子生物学

高

>18

<10

UF

<1

<0.002

少热源超纯水

单克隆抗体研究

一般

>1

<50

<0.2

<1

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

高

>18

<10

UF

<1

<0.002

ND

少热源超纯水

植物组织培养

高

>18

<10

UF

<1

<0.002

ND

少热源超纯水

放射性免疫分析

一般

>1

<50

<0.2

<1

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

分析和常规应用

技术

灵敏度

电阻率（MΩ-cm）

TOC（ppb）

滤器

（µm）

细菌（CFU/ml）

内毒素（IU/ml）

核酸酶

纯水等级

电化学

一般

>5

<50

>0.2

NA

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

高

>18

<10

>0.2

>1

NA

NA

超纯水

蒸馏水器供水

低

>0.05

<500

NA

NA

NA

NA

初级纯水

超纯水系统供水

一般

>0.05

<50

NA

NA

NA

NA

初级纯水

高

>1

<10

<0.2

<1

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

Flame-AAS

火焰法原子吸收

一般

>5

<500

<0.2

NA

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

GC-MS

气质联用

高

>18

<3

<0.2

<1

NA

NA

超纯水

普通化学

一般

>1

<50

<0.2

<10

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

GF-AAS

石墨炉原子吸收光谱

高

18.2

<10

<0.2

<10

NA

NA

超纯水

玻璃器皿清洗

一般

>1

<50

<0.2

<10

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

高

>18

<10

<0.2

<1

NA

NA

超纯水

HPLC

高效液相色谱

一般

>1

<50

<0.2

<1

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

高

>18

<3

<0.2

<1

NA

NA

超纯水

ICP-AES

电感藕合等离子光谱仪

一般

>5

<50

<0.2

NA

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

高

>18

<10

<0.2

<1

NA

NA

超纯水

ICP-MS

等离子质谱

一般

>10

<50

<0.2

<10

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

高

18.2

<10

<0.2

<1

NA

NA

超纯水

离子质谱

一般

>5

<50

<0.2

<10

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

高

18.2

<10

<0.2

<1

NA

NA

超纯水

样本稀释和试剂制备

一般

>1

<50

<0.2

<1

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

高

>18

<10

<0.2

<1

NA

NA

超纯水

固相萃取

一般

>1

<50

<0.2

<10

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

高

>18

<3

<0.2

<1

NA

NA

超纯水

分光光度计

一般

>1

<50

<0.2

<1

NA

NA

实验室Ⅱ级纯水

高

>18

<10

<0.2

<1

NA

NA

超纯水

蒸汽发生器

一般

>1

<50

<0.2

<1

NA

NA

实验