آب مقطر آزمایشگاهی

آب خالص یا آب مقطر در آزمایشگاه از اهمیت زیادی برخوردار است. اگر آب مصرفی آلوده یا ناخالص باشد، محلول های ساخته شده با این آب اشکال داشته و تستها دچار تداخل و اشکال می گردند. درجه خلوص آب مصرفی بستگی به نوع استفاده از آن دارد. مثلا برای تهیه اکثر محلول ها و معرف ها در آزمایشگاه احتیاج به آب خالص داریم. برای شستشوی وسایل هم احتیاج به آب خالص داریم. تمام روش های تخليص آب هزینه زیادی دارند. با کمال تعجب مشاهده می شود که آب خالص یکی از گران ترین اجزاء در تهیه محلول ها و معرف ها خواهد بود، برای انتخاب، خرید و راه اندازی سیستم تخليص آب باید به خلوص مورد نظر توجه کرده و بر اساس آن نسبت به تهیه سیستم مناسب تخليص آب اقدام کرد. سیستم تخليص آب و دستگاه های مورد نیاز در هر آزمایشگاه بستگی به مقدار املاح و ناخالصی ها در آب آن شهر دارد. چون مقدار مواد آلی و غیر آلى و املاح در آب مناطق مختلف، فرق می کند، باید مقدار ناخالصی ها و املاح آب هر شهر حدودا تعیین شود، هرچه مقدار مواد آلی و املاح موجود در آب شهر بیشتر باشد، سیستم تخليص آب پیچیده تر و با امکانات بیشتری مورد نیاز است، مثلا تخليص آب در شهر اصفهان نسبت به شهر تهران پیچیده تر و پرهزینه تر است. برای سالهای متمادی، تقطیر (آب مقطر) به عنوان آب خالص مطرح می شد. ولی امروزه آب مقطر یک بار تقطير، به عنوان آب خالص مورد قبول نیست. امروزه اصطلاح آب مقطر یا آب دیونیزه کاربردی ندارد چون تنها نشان دهنده روش تولید آب است. آب خالص آزمایشگاه به عنوان reagent grade water مطرح می شود. آب خالص دارای تقسیم بندی ها و طبقه بندی های زیادی است. بر اساس نظریه انجمن پاتولوژیستهای آمریکا [college of Amerian pathologists or CAP]، آب مصرفی آزمایشگاهی بر اساس خلوص به 3 درجه (Grade) تقسیم می شود : I و II و III .

محتوی میکروبی : بر اساس تعداد کلنی شمرده شده پس از انكوباسیون به مدت ۱۴ ساعت در حرارت°C ۳۷ (یا ۴۸ ساعت در حرارت°C ۲۵) بوده و بر اساس تعداد کلنی در میلی لیتر آب مورد نظر، گزارش می شود.
مقاومت : بر اساس مقاومت اندازه گیری شده در مسیر ۱ سانتیمتری در حرارت خاصی ( °C ۲۵) بر حسب اهم (ohm) محاسبه می شود. جهت اندازه گیری مقاومت آب از واحد مگا اهم در سانتیمتر (megohm / cm-1) استفاده می شود. هر چه مقاومت بیشتر باشد یعنی یون ها در آب مورد نظر کمتر است و برعکس.
مواد ذره ای (particles): آب از فیلتر با منافذ با قطر خاص عبور کرده (2/0 میکرون) و بدون ذرات معلق است.
مواد آلي organle material  : آب از بسته حاوی کربن (زغال) فعال شده عبور کرده و حاوی حداقل مواد آلی است.(کربن فعال شده = activated carbon)

کاربرد آب آزمایشگاهی

با توجه به جدول بالا، کاربرد هر درجه آب آزمایشگاهی بستگی به نوع مصرف و هدف آن دارد :
آب درجه III : برای شستشو و آبکشی وسایل شیشه ای و پلاستیکی و آزمایش هایی چون تجزیه ادرار، مدفوع، ساختن محیط کشت و کارهای میکروب شناسی، بافت شناسی (هیستولوژی).
آب درجه II : برای معرف سازی، محلول سازی، آزمایشات سرولوژی و کلیه مواردی که آب درجه I لازم نباشد مثل بخشهای بیوشیمی، هماتولوژی، میکروبیولوژی، ایمونولوژی و سایر قسمتها.
آب درجه I : برای کارهایی که نیاز به حداکثر دقت و صحت و خلوص دارند، به کار می رود. برای آزمایش های اندازه گیری trace elements، ساختن استاندارد و محلول های با خلوص بالا، حل کردن سرم های کنترل و مواد لیوفیلیزه،
HPLC high performance liquid chromatography، کشت سلول، اندازه گیری الکترولیت ها، آنزیم ها و غيره.

نگهداری آب درجه II و III باید در حجم کم باشد و در ظرف تمیز دربدار و عاری از میکروب نگهداری شود. ماکزیمم زمان نگهداری آب درجه II یک هفته است (بر حسب محل و شرایط نگهداری ممکن است تغییر کند).
آب درجه I باید فوری پس از تهیه و حداکثر 3-۲ ساعت پس از تهیه مورد استفاده قرار گیرد. اگر بیش از این مدت بماند دیگر دارای خصوصیات آب درجه I نیست. آب درجه I جوشانده شده برای اندازه گیری گازهای خون به کار می رود.

روش های تخلیص آب
1) صاف کردن (Filtration)
2) تقطير (distillation)
3) دیونیزه کردن (deionization)
بر اساس نظریه فدراسیون بین المللی شیمیست های بالینی (International federation of clinical chemistry or IFCC) ،آب خالص آبی است که پس از تقطیر، دیونیزه هم شده باشد.

1) صاف کردن (Filtration)
با عبور آب از صافی های با اندازه و جنس خاص، آب فاقد میکروارگانیسم ها و ذرات معلق تهیه می شود. برای حذف میکروارگانیسم ها پیشنهاد می شود از فیلترهای با قطر سوراخ کمتر از 22/0 میکرون استفاده شود. این فیلتر ها عوامل کوچکتر مثل ویروس ها را از آب جدا نمی کند. صاف کردن (فیلتراسیون) در غلظت یون های آب، بی تأثیر است، چون صافی قادر به جداسازی یون ها و مولکول های کوچک نیست.
فیلتر های مصرفی شامل:
1) آزبست، 2) فیلتر گلی، 3) شیشه (Sintered glass)، 4 ) غشاء سلولز، 5)microfiber glass ، 6 ) کتان (Cotton)
با توجه به اندازه کوچک سوراخ فیلترها، آب به آرامی از آن ها عبور می کند، چون سرعت فیلتراسیون بستگی به فشار هیدروستاتیک دارد. با استفاده از فشار یا مکش (vacum) میتوان سرعت عبور آب را از فیلترها افزایش داد. چون آب شهر حاوی ناخالصی ها است، استفاده از فیلتر اولیه برای تهیه آب خالص از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است (چون این فیلترها بارها قابل شستشو و قابل مصرف اند). این فیلترها بیش از ٪۹۸ ذرات معلق آب را می گیرد، پس طول عمر رزین ها و دستگاه آب مقطرگیری بیشتر می شود. استفاده از زغال فعال شده (activated charcoal) باعث جذب مقدار زیادی از مواد آلی و کلر آب می شود و باعث افزایش عمر رزین ها شده و آب با کیفیت بهتری تولید می شود.

2) تقطير (Distillation)
در روش تقطیر، آب در اثر حرارت تبخیر شده و پس از میعان، آب خالص تولید می شود. دستگاه آب مقطرگیری بر حسب نیاز مصرف کننده، کوچک یا بزرگ است.
در اثر حرارت (شعله یا المنت الكتریکی) آب به جوش آمده و تبخیر می شود، بخار آب در اثر عبور از ستون مبرّد و تماس با آب سرد، مایع شده و وارد ظرف جمع آوری آب مقطر می شود. برای تهیه آب مقطر با حجم بیش از ۵ لیتر در ساعت به جای لوازم شیشه ای باید از لوازم فلزی استیل و ضد زنگ استفاده شود که تمیز کردن آنها راحت تر باشد. پس از تبخیر آب، مواد آلی غیر فرار و یون ها در ظرف اولیه باقی می مانند ولی ممکن است مقدار کمی یون های کلر، مس و گازها در بخار آب محصور شده و وارد آب مقطر شوند. چون هزینه نگهداری و تأمین انرژی  آب مقطرگیری بسیار بالا است، در مناطقی که آب شهر املاح زیادی دارد، تهیه آب مقطر مقرون به صرفه نیست.

برای حذف مواد آلی در حین تقطیر میتوان ۱۰۰ میلی گرم پرمنگنات به یک لیتر آب مقطر اضافه کرد تا مواد آلى توسط پرمنگنات اکسیده شوند، توجه به نکات زیر در حین تقطير الزامی است:

1) توجه به کفایت و ایمنی منبع انرژی
2) اطمینان از جریان کافی آب سرد در مبرّد و خشک نشدن مخزن آب
3) تمیز کردن و رسوب زدایی مخزن جوش در فواصل مرتب الزامی است (از اسید کلریدریک 10درصد استفاده شود).
4) تمام لوازم شیشه ای و مبرد از لحاظ ترک خوردگی و شکستگی بازدید شوند
5) دستگاه نباید نشت آب داشته باشد.
6) به ایمنی دستگاه از نظر جریان برق، خطر آتش سوزی و شکستن ظروف توجه کنید.

آب مقطر تهیه شده حداکثر تا یک هفته در ظرف پلاستیکی یا شیشه ای تمیز و درب دار قابل نگهداری است. کیفیت آب مقطر تهیه شده باید حداقل هفته ای یک بار کنترل شود (با بررسی رسوب در ظرف آب مقطر، اندازه گیری مقاومت با هدایت الکتریکی آب مقطر و غيره).
چون تعداد کمی از یون های معدنی و مواد آلی ممکن است در بخار آب محبوس شده و وارد آب مقطر شوند، آب مقطر یک بار تقطير الزاما خالص نیست، پس استفاده از آب مقطر دو بار تقطير (Double Distilled water)توصیه می شود. استفاده از فیلتر اولیه برای گرفتن ذرات و موادآلى قبل از تقطیر توصیه می شود. در اثر نگهداشتن آب مقطر، CO2 وارد آن شده و در آن حل می شود و pH آب را اسیدی می کند. توصیه می شود آب مقطر به مقدار کم و مناسب با مصرف آزمایشگاه در فواصل کوتاه تهیه شود. برای خروج بهتر یون ها و CO2 از آب و تولید آب مقطر خالص تر، پیشنهاد می شود حرارت آب خروجی از مبرّد کنترل شود. حداقل حرارت آب خروجی مبرّد باید°C ۷۰ باشد. بعضی دستگاه های آب مقطرگیری دارای جای خاصی برای قراردادن ترمومتر در مسیر آب خروجی مبرّد هستند.
از جوشیدن شدید آب در محفظه اولیه جلوگیری شود چون در اثر جوشیدن شدید آب، ذرات یون های معدنی و مواد آلی بین مولکول های آب، گیر افتاده و وارد آب مقطر می شوند. تبدیل آب از حالت مایع به بخار و سپس بخار به مایع سبب ماندن مواد غیر فرار در ظرف اولیه می شود که در دیواره ظرف رسوب می کند، اما مواد فرار (volatile) ممکن است وارد آب مقطر شوند.
در جریان جوشیدن شدید آب، تعداد کمی از ذرات یون ها بين مولکول های آب گیر افتاده که ممکن است حاوی یون های سدیم، كلر، پتاسیم، منیزیوم، کربنات و سولفات باشند، پس آب مقطر یكبار تقطير، دارای کیفیت مناسب نیست.

اشکالات تقطیر
1) مصرف انرژی و هزینه بالا
2) نگهداری و تمیز کردن دستگاه وقت گیر و مشکل است (بستگی به آب شهر دارد).

3) دیونیزه کردن(deionization)
سیستم های دیونیزه کننده بر اساس برداشتن یون های معدنی موجود درآب عمل می کنند. این کار با استفاده از رزین های جذب و تعویض یونی (Ion exchange resins) انجام می شود. سیستم های دیونیزه کننده نیاز به منبع انرژی نداشته و ارزان و ساده هستند. رزین های تعویض یونی قادر به جداکردن ناخالصی های آلی و تهیه آب استریل نیستند. آب دیونیزه حاصل، ممکن است دارای ناخالصی هایی مثل ذرات سیلیس، آهن یا غیره بوده و حاوی باکتری باشد.
سیستم های دیونیزه کننده شامل رزین های نامحلول کاتیونی و آنیونی به صورت جداگانه یا مخلوط آن ها هستند. این رزین ها در ستون های خاصی بسته بندی شده اند، این رزین ها پس از استفاده و اشباع شدن (از نظر یون ها) قابل تجدید (regeneration) هستند.
برای تهیه آب دیونیزه، آب شیر به درون ستون های حاوی رزین وارد می شود. این رزین ها محلول در آب را با یون های +H و -OH خود تعویض می کنند. میزان هدایت (مقاومت) الکتریکی آب دیونیزه ی حاصل را میتوان با دستگاه سنجش هدایت الکتریکی (conductivity meter) در مسیر آب خروجی اندازه گیری کرد. در صورتی که هدایت الکتریکی آب حاصل کمتر از ۲ میکرو زیمنس در سانتیمتر باشد، آب حاصل دارای کیفیت مناسب است. هر وقت میزان هدایت الکتریکی آب خروجی بیشتر از 2 میکرو زیمنس در سانتیمتر شود ، رزين ها قابل مصرف نبوده و باید احیا شوند.
رزین سیستم های دیونیزه کننده پس از پایان عمر مفید و بالارفتن هدایت الکتریکی در آب تولیدی، باید احياء شوند. رزین های کاتیونی را در محلول اسید کلریدریک و رزین های آنیونی را در محلول سود احیا می کنند. ستون های حاوی مخلوط رزین های کاتیونی و آنیونی قابل احیا کردن و استفاده مجدد نیستند. فاصله زمانی برای احیاء رزين ها بستگی به غلظت املاح در آب اولیه شهر دارد. در موقع استفاده از سیستم های دیونیزه کننده به نکات زیر توجه کنید :
1) ظرفیت رزین بستگی به مقدار املاح موجود در آب شهر دارد.
2) کنترل رزین در فواصل مرتب (روزانه) ضروری است. با اندازه گیری هدایت الکتریکی آب تولیدی میتوان از اشباع شدن ظرفیت رزین ها مطمئن شد، هدایت الکتریکی بیش از ۲۰ میکرو زیمنس در سانتیمتر نشانه أشباع شدن و غیر قابل مصرف بودن رزین است.
3) هرچند وقت یکبار سیستم از نظر نشت آب بازبینی شود.
رزین های تعویض یونی در ظروف مختلف، از ظروف کوچک تا تانک های بزرگی ریخته می شوند. این رزین ها در آب نامحلول بوده و دارای گروه های اسیدی و آمینی فعال متصل به رزین ها هستند.

رزین های تعویض کاتیونی (cation exchanger)
دارای گروههای عاملی (functional ) اسیدی بر روی مولكول پلیمر رزین هستند مثل پلیمر فنل فرم آلدهيد با رادیکال هایی مانند OH- ، SO3H- ، CH2COOH- . که به صورت زیر عمل می کنند :
RSO3H + Na+ → RSO3Na + H+

رزین های تعویض آنیونی (Anion exchanger) دارای گروه های عامل آمینی بر روی مولکول پلیمر رزین هستند. مثل فنیلن دی آمین و اوره که به صورت زیر عمل می کنند :
R4NOH + Cl- → R4NCl + OH-
در واکنش فوق یون های هیدروکسیل با یون های منفی موجود در آب مبادله می شوند.

در سیستم های دیونیزه کننده مصرفی در آزمایشگاه معمولا یک رزین تبادل کاتیونی و به دنبال آن یک رزین تبادلی آنیونی، یک صافی(فیلتر) زغالی برای حذف مواد آلی و یک صافی برای حذف ذرات معلق (particulate material) به کار می رود. یک لایه رزین قادر به تولید آب با مقاومت بیش از 1 مگا اهم در سانتی متر است و با مخلوط ترکیبی از رزین ها آب با مقاومت ۱۰ مگا اهم در سانتی متر تهیه می شود که دارای کیفیت مناسب است. چون آلودگی و مقدار املاح آب تاثیر زیادی در نتایج تست های آزمایشگاهی دارد (مثلا املاح فلزی در اندازه گیری فعالیت آنزیم ها تداخل دارند یا استفاده از آب حاوی Co2 در اندازه گیری گازهای خون تداخل دارند)، برای هر تست باید درجه خلوص آب مصرفی به دقت تعیین شود. پیشنهاد می شود قبل از ورود آب شیر به ستون های تعویض یونی، یک فیلتر در جلو آن قرار داده شود تا مواد معلق و نامحلول اضافی آن گرفته شده و طول عمر رزين ها افزایش یابد. آب دیونیزه ارزانتر از آب مقطر است، چون نیاز به مصرف انرژی نداشته و سیستم رزین قابل احیاکردن بوده و نگهداری خاصی لازم ندارد. فیلتر اولیه که در مسیر آب شير قرار می گیرد باید از جنس پشم شیشه یا Milipore باشد.

ترکیب پیشنهادی برای تهیه آب آزمایشگاه (reagent grade water)
1) فیلتر اولیه (prefiltration)
2) تقطير (distillation)
3) دیونیزه کردن (deionization)
4) زغال فعال شده (activated charcoal) برای گرفتن مواد آلی و کلر
5) submicron filter یا لامپ UV برای حذف ذرات و میکروارگانیسم ها

کنترل کیفی آب آزمایشگاه

1) تعیین هدایت یا مقاومت الکتریکی آب : آب خالص بالقوه یون نداشته، پس قدرت هدایت الکتریکی ندارد و مقاومت بالایی دارد. اگر در آب یون وجود داشته باشد هدایت الکتریکی آن زیاد شده و مقاومت آن کم می شود. با استفاده از دستگاه condutctivity meter (برای اندازه گیری هدایت الکتریکی) یا resistometer (برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی) میتوان خلوص آب را تعیین کرد. این دستگاه ها دارای دو صفحه پلاتینی با فاصله مشخص (cm 1) در یک الكترود است. با قراردادن این الکترود در آب میتوان هدایت یا مقاومت الکتریکی را تعیین کرد. بر اساس فرمول V = IR ، چون اختلاف پتانسیل بین دو صفحه ثابت است، با تغيير جریان، مقاومت اندازه گیری می شود و عکس مقاومت (هدایت) بر اساس زیمنس (S) بر روی صفحه دستگاه کنداکتیویتی متر نشان داده می شود. در صورتی که مقاومت کمتر از حد مجاز یا هدایت بیش از حد مجاز باشد، آب دارای کیفیت مناسبی نیست.

با استفاده از این دستگاه و جداول خاص، آب آزمایشگاه بر اساس مقدار مقاومت یا هدایت به 3 درجه ( I و II و III) تقسیم می شود. بعضی دستگاه های آب مقطرگیری یا دیونیزه کننده ، دارای کنداکتیویتی متر در مسیر جریان آب خروجی هستند که هدایت الکتریکی را نشان می دهد. بعضی دستگاه ها دارای یک لامپ نئون مخصوص در مسیر آب خروجی هستند که وقتی چراغ روشن شود یعنی کیفیت آب مناسب نیست (هدایت آب زیاد شده است).
بعضی دستگاه های اتوآنالیزر مثل دستگاه هیتاچی (Hitachi) دارای یک عقربه در مسیر آب است. این دستگاه، آب خالص مورد نیاز خود را به روش دیونیزه کردن تهیه می کند. تا وقتی عقربه در محدوده سبز است یعنی کیفیت آب مناسب است و محدوده قرمز نشانه کیفیت نامناسب آب است.
توصیه می شود هدایت الکتریکی (یا مقاومت) آب آزمایشگاه در فواصل هفتگی کنترل شوند. نمونه ای از این دستگاه ها، دستگاه metrohm است که به صورت جیبی و رومیزی در بازار موجود است.

2) کنترل کیفی مواد آلی آب (احیای پرمنگنات) : با استفاده از محلول پرمنگنات پتاسیم، وجود مواد آلى در آب کنترل می شود. اگر چند قطره محلول پرمنگنات به آب خالص تهیه شده اضافه شود و پس از یک ساعت رنگ آن از بین نرود، به معنی عدم وجود مواد آلی (یا مقدار ناچيز مواد آلی) در آب است. اگر رنگ از بین برود یعنی مواد آلی آب زیاد است و کیفیت مناسبی ندارد.

3) اندازه گیری pH: آب خالص یون ندارد که بتواند الکتریسیته را از خود عبور دهد پس pH آب خالص قابل اندازه گیری نیست. به همین خاطر در جداول NCCLs و CAP برای آب درجه I وII ، pH آب به صورت NA (Not applicable) نشان داده می شود.

4) استفاده از محلول نیترات نقره : این تست خطاهای فاحشی در تهیه آب مقطر را نشان می دهد. در صورت وجود یون های معدنی مثل کلر در آب، با نیترات نقره رسوب سفید رنگ تشکیل می دهد.

شرکت تجهیزات آزمایشگاهی سلیمان تجهیز وارد کننده انواع تجهیزات آزمایشگاهی در ایران

برای اطلاع از نحوه خرید آب مقطرگیری و همچنین دریافت قیمت آب مقطرگیری با ما تماس بگیرید