在实验室中，水看似普通，却可能直接影响分析结果的准确性、仪器运行的稳定性以及样品分析的可靠性。自来水经市政处理后可满足生活饮用水要求，但与实验室用水是两套评价体系。不同实验对离子、有机物、微生物等指标的控制要求差异显著，纯水系统需要通过多级纯化单元协同工作，将自来水逐级处理为纯水或超纯水。

一、自来水中有哪些需要去除的物质

根据水源和供水条件不同，自来水中通常含有以下几类杂质：

常规器皿清洗与 ICP-MS 痕量元素分析，对离子和金属背景的控制要求存在数量级差异。GB/T 6682《分析实验室用水规格和试验方法》将实验室用水分为一级、二级、三级（25℃ 下电阻率大致分别不低于 10、1、0.2 MΩ·cm，完整指标以标准原文为准）；ISO 3696、ASTM D1193 也有类似分级。

因此，纯水系统的核心任务不是简单地“把水过滤干净”，而是根据目标水质，有针对性地去除不同类型的杂质。

二、典型纯化工艺流程

以自来水为进水的纯水/超纯水系统通常由多个纯化单元组合而成，典型工艺逻辑为：

自来水 → 预处理 → 反渗透（RO，一级或双级）→ 电去离子（EDI）→ 去离子（DI）深度纯化 → 终端处理 → 纯水或超纯水

这是一种典型工艺，并非所有设备都采用相同的流程。实际系统会根据进水水质、目标产水量、应用场景及水质等级进行配置。

三、核心纯化单元解析

1. 预处理：为后续纯化打好基础

预处理是系统的前置处理单元，主要作用是降低原水中的颗粒物、余氯、部分有机物及结垢风险：

• 精密过滤：截留一定粒径范围内的悬浮颗粒，降低后续膜组件的污染风险；
• 活性炭处理：吸附部分有机物，并去除余氯，保护对氧化剂敏感的反渗透膜；
• 软化或阻垢措施：根据原水硬度及结垢风险配置，降低膜表面结垢可能性。

预处理需与实际水源匹配：原水硬度较高时重点评估结垢风险，余氯较高时关注脱氯效果与膜的耐受性。以 Deepflow某型号 为例，其配置了一体化预处理单元，为后续纯化环节提供适宜的进水条件。预处理的合理性直接影响反渗透膜寿命、系统维护频率和整体运行稳定性。

2. 反渗透（RO）：去除大部分溶解性杂质

反渗透（Reverse Osmosis）是压力驱动的膜分离技术：当施加压力克服渗透压后，水分子透过半透膜，而大部分溶解盐类以及许多有机物、颗粒和微生物被截留。其主要作用包括：

（1）大幅降低溶解性盐类和离子含量；

（2）去除许多有机物及其他杂质；

（3）为后续 EDI 或离子交换提供水质相对稳定的进水。

RO 并非能去除所有杂质，实际效果受膜类型、进水条件、运行压力和设备状态影响，对二氧化碳等溶解气体的去除也有限。根据进水条件和产水要求，系统可采用一级或双级反渗透：双级 RO 可进一步降低残余离子负荷。Apex 1050D 即采用双级反渗透工艺，并结合 EDI 与双 DI 深度纯化单元，实现自来水进水、EDI 纯水及超纯水输出的一体化设计。RO 是脱盐的关键环节，但超纯水的制备通常还需要后续纯化单元。

3. EDI：利用电场实现连续深度脱盐

EDI（Electrodeionization，电去离子）将离子交换介质、选择性离子交换膜和电场结合：水中离子在电场作用下定向迁移，通过离子交换介质和离子交换膜被分离，同时水电离产生的 H⁺、OH⁻ 使介质持续再生，实现连续脱盐，减少了传统树脂频繁停机、酸碱再生的环节。

EDI 不能直接替代预处理和 RO，其运行效果与进水水质密切相关，通常需由 RO 产水提供适宜进水。Deepflow Apex 50D、Apex 70D 均采用双级 RO + EDI 纯化路线，用于 EDI 纯水制备；Apex 1050D 则进一步结合 DI 深度纯化，满足更高层级用水需求。

4. DI 深度纯化：进一步去除痕量离子

DI（Deionization，去离子）借助离子交换树脂去除水中残留的阳离子和阴离子。需注意 DI 与 EDI 的区别：

• DI：强调通过离子交换等方式去除离子，树脂容量有限，交换位点逐渐被占用后纯化能力下降，需按监测结果更换或再生；
• EDI：在离子交换介质基础上引入电场和离子交换膜，实现连续的电去离子过程，但同样要求进水达标并规范维护。

Apex 1050D 采用双级 RO + EDI + 双 DI 组合工艺：前级 RO 和 EDI 降低离子负荷，DI 深度纯化进一步控制残余离子，并结合其他水质控制单元，满足超纯水应用需求。

5. 终端处理：控制颗粒、微生物及特定污染物

电阻率或电导率主要反映离子导电特性，无法单独代表有机物、颗粒、细菌及内毒素水平。针对不同需求，系统还可能配置：

• 紫外处理：185 nm 紫外促进有机物氧化，降低总有机碳（TOC）；254 nm 紫外常用于微生物灭活，效果取决于设备设计与辐照条件；
• 超滤（UF）：通过膜筛分作用截留特定范围的颗粒、胶体及大分子，对微生物和内毒素的控制能力取决于膜结构、截留规格及验证结果；
• 终端过滤：如 0.22 μm 终端过滤器可降低出水细菌及颗粒风险，但不能等同于去除溶解性离子或所有内毒素。

四、纯水与超纯水的关键评价指标

需要强调的是，电阻率达到 18.2 MΩ·cm 仅说明离子接近理论极限，并不意味着 TOC、颗粒、微生物和内毒素同时达标。典型场景对应关系大致为：三级水用于器皿初洗、水浴、高压灭菌；二级水（含 EDI 纯水）用于常规理化分析、缓冲液配制和仪器供水；一级水/超纯水用于 HPLC、LC-MS、ICP-MS 及分子生物学实验，细胞培养还需叠加内毒素控制。

五、Deepflow 实验室纯水方案：按用水需求组合工艺

Deepflow Apex 系列提供不同工艺组合，适配差异化的水质与用水量需求：

六、系统性能不只取决于制水技术

出水达到目标水质，还与运行和维护密切相关：

（1）进水水质影响各级负荷：原水硬度、余氯或污染物变化会改变运行状态和耗材寿命；

（2）储水与输送同样关键：水在储罐、管路、取水点停留或流动时，可能受空气、管路材料及微生物滋生影响；高要求应用需整体考虑储水设计、循环方式、管路材料与终端过滤；

（3）水质监测与耗材维护不可忽视：定期检查电阻率、TOC 等指标，按运行状态和制造商建议维护或更换耗材。

对于痕量分析或高灵敏度实验，应关注从制水、储水到终端取水的完整过程，而非仅看主机在理想条件下的产水指标。

结语

实验室纯水系统的本质，是将预处理、反渗透、EDI、DI 与终端处理等技术组合起来，对不同类型杂质实施分阶段控制。适合实验室的纯水系统，不只是能把水“做纯”，更需要让产水水质与实际应用相匹配，并在日常运行中保持稳定、可监测、可维护。