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純水質量對全自動生化分析儀及檢測結果的影響

作者: 2014-10-24 點擊20830

    水是實驗室內一個非常重要但又容易被忽視的試劑。在全自動生化分析儀檢測過程中,純水作為生化反應的載體或介質、樣品或試劑的稀釋液和溶劑、儀器的清洗液以及反應的參與試劑等貫穿檢測的全過程,其純化質量的高低直接關系到檢測結果的可信度。目前國內大部分檢驗科實驗室都使用反滲透中央純水系統。可以根據對該系統工作流程的分析以及遇到的實際情況,發現并總結了導致水純度不夠的幾種原因及其對全自動生化分析儀檢測的影響。
 
1  純水系統工作流程及影響因素

1.1  原水預處理  原水是指進入實驗室的自來水,預處理就是除去自來水中絕大部分的雜質。
1.1.1方法:預處理一般使用預過濾組件包,通常包含以下內容:
①深層過濾濾芯過濾原水中的泥沙等大的顆粒物;
②活性炭濾芯通過吸附作用去除水中的大部分有機物,特別是自來水中的余氯;
③軟化劑濾芯減少水中的鈣鎂離子濃度,降低水的硬度。如果自來水的硬度較低,也可以不安裝軟化劑濾芯。

1.1.2影響因素:
①自來水水質:自來水中雜質含量高時會導致預處理部件使用壽命縮短和處理后水質不達標,甚至會堵塞管道,一般要求自來水中固體溶解物含量(TDS)小于1000 ppm。
②預處理部件使用壽命:深層過濾濾芯、活性炭濾芯、軟化劑濾芯等都是有使用壽命的材料,它們對反滲透膜具有保護作用,如果它們失效,RO膜負荷就會加重,壽命就會縮短。具體使用壽命應根據各地自來水水質合理設置。

1.2 反滲透膜(RO)處理
反滲透膜(RO)大量去除水中的離子和其他雜質。去除能力通常可大于95%。

1.2.1 影響因素
①進水壓:一般純水系統反滲透膜都需要用高壓泵維持一定的進水壓力才能維持正常工作,當泵壓力不足時會導致產水量下降。
②純水系統的維護:純水系統一般都具有自動反沖洗功能,當其設置不合理或故障以及人工維護不當時也會影響純水機的正常工作,導致純化效率及水質下降。

1.3去離子水的制備 
一般經RO膜處理過的水只能達到三級純水(電阻率>0. 2MΩ·cm)的標準。三級純水雖然已經去除了大部分雜質,但其中的離子等雜質濃度還較高,會影響生化分析儀的微量檢測,因此必須將三級純水進一步去離子以達到一級純水(電阻率≥lOMΩ·cm)的標準才能用于生化檢測。

1.3.1方法:離子交換樹脂法是純水制備的常用方法,所用的部件就是離子交換純化柱(罐),包括陰離子交換柱、陽離子交換柱和混合柱等,試劑為陰陽離子交換樹脂。陰陽離子交換樹脂一般是由苯乙烯聚合成后再通過二乙烯苯交聯得到多孔網狀骨架結構,然后在骨架上連接活性基團而形成的高分子聚合物。離子交換樹脂所連接的活性基團可分為酸性基團和堿性基團兩大類型。連接酸性基團的離子交換樹脂稱為陽離子交換樹脂,連接堿性基團的樹脂稱為陰離子交換樹脂。

1.2.2原理:
①陽離子交換柱原理即硬水軟化原理:陽離子交換樹脂中的酸性基團有磺酸基(-S03H)、羧基(一COOH)和苯酚基(-C6H40H)等酸性基團,其中的氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽離子進行交換。
②陰離子交換柱的原理:陰離子交換樹脂中的堿性基團有季氨基[-N (CH3)30H]、氨基(-NH2)和亞氨基(=NH)等。它們在水中能生成OH-離子,可與各種陰離子起交換作用。
③混合柱:當兩者串聯使用或混合使用時,產物就只有水。

1.2.3影響因素:
①離子交換樹脂的質量:離子交換樹脂是有使用壽命限制的,當離子交換達到一定量時就達到飽和,需要進行再生處理,因此質量越好總量越大其使用期限越長。
②陰陽離子交換樹脂的連接方式:復床式:若干個陽離子交換柱和若干個陰離子交換柱串聯而成,陽在前陰在后,其優點是再生方便,缺點是出水質量不高(單級復床式出水電阻率只有0.5 MΩ·cm,雙級復床式出水電阻率為2 MΩ·cm)。混床式:將陽離子樹脂和陰離子樹脂以1:2容積比均勻混合裝入同一個交換柱內而成,優點是出水純度高(電阻率≥1OMΩ.cm),缺點是再生困難。聯合式:將復床式和混床式串聯起來即成,出水質量高(電阻率最高可達18. 3MΩ.cm,即超純水),使用壽命長。
③三級純水的純度:當三級純水質量不合格,其中一些非離子雜質通過離子交換柱時就會影響離子交換柱的使用壽命并造成出水水質的降低。有些開放性的純水系統將生成的三級純水儲存于水箱中以備其它用途使用時儲存時間過長或其它原因導致的二次污染也會使水純度下降

2.1  不合格純水中的雜質成分  純水質量不合格也就意味著純水系統水純化的失敗,可能出現在原水預處理過程、反滲透過程、離子交換過程和純水儲存中的任何一步。無論哪一步失敗,其雜質來源無外乎自來水和純水機水通道的污染物,主要有:

①離子,常見的有H+,Na+,K+,NH4+,Mg2+,Ca2+,Fe3+,Cu2+,Mn2+,Zn2+,Al3+等陽離子和F-,CI-,N03-,HC03-,S042-,P043-,H2P04-,HSi03-等陰離子;
②有機物質,如農藥、烴類、醇類和酯類等;
③顆粒物,如自來水管道中的鐵銹和泥沙等;
④微生物;
⑤溶解氣體(Nz,02,C12,H2S,CO,CO2,CH4等)。

2.2不同雜質成分對生化分析儀及檢測結果的影響

2.2.1  離子含量高的影響:
①最直接的影響就是對血清(漿)中同種離子測定結果的升高,如對Mg2+,Ca2+,Fe3+,Cu2+,Zn2+等的測定,同時也對這些項目的標定產生影響;
②由于很多金屬離子都是酶的輔酶因子,因此當金屬離子含量高時往往影響酶活性的檢測(如Mg2+是多種磷酸化激酶的激活劑,水中含量超標時會導致這些酶活性測定值的升高;而許多重金屬離子則對酶有抑制作用,導致酶活性下降);
③很多陰離子也作為酶的輔因子存在,對酶活性測定產生影響(如CI-對α-淀粉酶就有激活作用);
④離子含量高的水更容易形成結晶和導致蛋白等有機物變性附著于管道系統,從而使得生化分析儀管道系統更易堵塞,最終造成測定失真或失敗;同時,在使用其對反應杯進行清洗時也很難清洗干凈,會加速反應杯的老化和損壞,使杯空白升高。

2.2.2有機物質的影響:有機物質的影響主要在于對類似物質測定時導致類似物質測定結果的升高。同時,有機物含量升高也會加速管道系統和反應杯的清洗困難及老化。

2.2.3顆粒物的影響:顆粒物一般很難通過純水系統進入生化分析儀管道和反應系統,其來源一般都是儲水箱發生二次污染,但是一旦進入除了會導致吸光度升高外,還很容易堵塞管道和損壞反應杯。

2.2.4微生物的影響:微生物的去除主要依賴原水的預處理,有些純水系統還在超純水處加裝紫外殺菌或者微濾、超濾等裝置,進一步除去水中殘余的細菌、微粒、熱源等。但一旦預處理失敗或純水儲存箱被二次污染,微生物及其產物就能進入生化分析儀管道系統和反應系統,可能出現的情況有兩種:①微生物在管道及反應系統孳生,導致管道堵塞,同時令吸光度和杯空白升高;②微生物產生特定的酶對生化分析儀酶測定產生影響,具體產生什么影響取決于污染菌的類型。

 2.2.5溶解氣體:溶解氣體增多產生的影響有:

①對同種氣體的測定的影響;
②對水的pH值也產生影響,如C02,Cl2,H2S等溶解增多導致水pH值的下降,也對pH值依賴性較強的生化項目測定產生影響;
③某些氣體如C12增多,因其自身氧化性較強,會對與氧化還原反應相關的生化測定項目產生影響,如對基于340 nm處NADH和NADPH有吸收峰而建立的ALT,AST,BUN等的測定方法,會導致測定值的升高。
 2.2.6其它雜質的影響:有些純水系統也將最終生成的超純水或一級純水儲存于水箱中,當水箱有生銹情況時導致鐵測定不正常,通常會出現在壓力水箱中;還有當機械裝置密封不嚴造成的漏油時導致TG測定結果升高。這些情況雖然少見,但也最容易被忽視。

3討論

3.1  實驗室常用的自動化純水系統有兩種:
①大型蒸餾器系統,日出水量在100 L左右,原水利用率10%—15%,能耗大,自動化程度低,制備的蒸餾水純度一般較低,適用范圍較窄,現在基本已經被淘汰。
②反滲透的中央純水系統,由機械過濾、活性炭吸附、反滲透膜和離子交換樹脂等組成,日產水量500 L左右,原水利用率30%—40%,自動化程度高,能耗低,主部件可反復使用,出水純度高,目前使用廣泛。另外,有些實驗室因條件所限,直接購買商品化純凈水使用,但商品化純凈水多為飲用水,其標準與實驗室用水標準有所不同,很容易對檢測造成影響。

3.2評價水質的常用指標
①電阻率,是衡量實驗室用水導電性能的指標,其隨著水內無機離子的減少而增大,但由于水自身的解離作用,電阻率最大只能達到18.2MΩ.cm左右,是檢測水中離子濃度的主要指標;
②總有機碳,是指水中碳的濃度,反映水中有機化合物的含量;
③顆粒,反映水中顆粒物的濃度;
④熱原,通常為革蘭氏陰性細菌的細胞壁代謝產物。

3.3 建議
①對實驗室超純水進行嚴格規范的質量控制,定時測定純水電阻率等指標,定期打印水質報告。
②增強實驗室用水質量意識,積極防范因用水而造成的影響和損失。
③對于開放式水儲存箱的取用水要嚴格把關,嚴防因此而造成的二次污染。
④要掌握純水機各部件的使用壽命和維護方法,積極防范因純水機部件失效而造成的各種影響水質的情況,同時延長或保證RO膜和離子交換樹脂的壽命。
⑤要對本地區自來水水質狀況有所了解并評估其對純水機的影響,可以通過加裝大型預處理裝置增加使用壽命。

 

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