纯水和超纯水是指杂质含量很少的水。根据杂质含量，可将水大致分为普通水（自来水、井水等）→纯水（纯净水）→超纯水。

水到底是什么？

水的化学式为H₂O，由氢（H₂）和氧（O₂）组成。

其化学反应方程式为：2H₂ + O₂ → 2 H₂O。

然而，我们通常饮用的水中不仅含有氧气和氢气，还含有溶解在一起的各种杂质（钙、矿物质等）。

水本身没有味道，因此我们会根据矿物质等杂质的不同而认为水好喝或者不好喝。此外，根据杂质的多少，水大致可分为：普通水（自来水、井水等）→纯水（纯净水）→超纯水。

水中杂质的种类

水中“杂质”可分为四大类

· 有机物：含碳的复杂化合物。许多都源于生物
  如）皮脂、头发、清洁剂、农药等

· 无机物：非有机物质。在水中电离
  如）氯、矿物质、钾、重金属等

· 微粒：如）胶体、管道中的铁锈

· 微生物：如）细菌、藻类、病毒等

杂质定量

普通水，纯水和超纯水是根据看不见的杂质含量来划分等级的，那么看不见的杂质是如何量化的呢？有两个具体指标。

·比电阻率：表示水中离子（无机物）的含量。离子量与电流流动的难度成反比，正如中学所学的电阻概念一样，离子量越多，比电阻值就越低。因此，作为杂质的无机物含量越低，比电阻值就越大。单位是 MΩ-cm（兆欧厘米）。

· TOC（Total Organic Carbon）：表示水中碳（有机物）的总量。有机物会被紫外线（185nm）分解，其紫外线的波长比用于消毒的紫外线（254nm）短。分解过程中产生的二氧化碳会溶解到水中，造成辐照前后比电阻值的差异，根据这一差值可计算出TOC。TOC值越小，说明溶解的有机物越少。超纯水常用的单位主要是ppb。

水的排名

正如牛肉根据成品率等级和肉质等级被评为A5等，水也是根据上述两个指标进行排名的。以前，只能根据水的比电阻值对水进行排序，但这只能评估无机物的含量。现在，我们根据比电阻和TOC值对其进行了排名。虽然不同制造商的产品有所不同，但一般将比电阻值为18.2MΩ·cm且TOC小于50ppb的水视为“超纯水”，而将普通水（自来水）中的杂质去除后，比电阻值为0.2 MΩ·cm或以上且小于超纯水TOC的水视为“纯水”（纯净水）。

当然，根据国家要求和用途的不同，水排名也有不同的类型。常听到的日本工业标准JIS K0557（用于检测使用和排水的水）根据水质的不同，规定水质标准有从A1到A4的标准。还包括ISO和ASTM等其他标准。

为什么水的比电阻值不能超过 18.2 MΩ·cm？

如果将无机物去除到极限，水的比电阻值将超过18.2MΩ·cm，就会成为“超纯水”？！可能会有人这么想。（笑）

答案是超纯水本身也有部分离子化（电离）。

即使“理论纯水”是指除H2O外没有其他杂质，一部分水也一定会像下面这样离子化，从而导电。其电阻值在18.24和18.25MΩ·cm之间（25℃时），超过这个值的“超纯水”是不存在的。

H₂O　⇔　2H⁺　+　O^2-

18.2MΩ·cm是理论上最高的超纯水。

为什么使用纯水和超纯水进行清洗

纯水和超纯水是从自来水中去除杂质的水。换句话说，没有通常会溶解的杂质是因为仪器溶解杂质的能力提高了。

因此，超纯水又被称为“Hungry Water”。

如何制造超纯水

去除杂质的方法有很多种，如下表所示。每种方法可去除的杂质各不相同，根据不同的目的，可将这些方法结合使用，以构建纯水和超纯水装置。本文将介绍各种方法的作用。

预处理滤芯用于去除自来水中的氯。自来水中的氯含量超过0.1ppm，它也用于泳池消毒。它是保持水质的重要物质，但在生产超纯水的过程中，它是一种杂质，因此需要去除。此外，稍后将讨论的反渗透法也是一种很好的方法，可以去除95-99%的有机物、无机物、微粒和微生物，但人们发现它对氯非常敏感，这大大削弱了其本身的去除能力。因此，预处理滤芯是最先安装的，它负责保护反渗透膜不受氯的侵害。

这种方法在高浓度溶液一侧施加压力，通过膜将水净化到低浓度一侧，可以去除95-99%的有机物、无机物、微粒和微生物。通过RO膜净化的水被称为RO水，属于纯水级别，其只需通过活性炭和反渗透膜（RO膜）就能去除许多杂质。此外，由于水通过系统的速度取决于水温，因此在RO水生产量的规格栏中记录了“25℃”等水温。

UV灯用于去除反渗透膜（RO膜）无法完全去除的有机物。紫外线也存在于阳光中，通常波长越短，杀菌能力越强。其中，185nm波长能非常有效地裂解有机物中的化学键（如C-C、C-H键），而在185nm波长无法裂解的化学键可通过与254nm波长的组合波来分解。此外，260nm左右的波长也能分解生物体内的DNA（遗传信息）。不过，UV灯分解的有机物会以碳酸离子和碳酸氢离子等无机物的形式留在水中。这导致紫外线照射后的电阻率值经常会高于紫外线照射前的电阻率值。

离子交换滤芯（DI）是去除无机物的一种非常好的方法。环境中容易滋生微生物和吸附有机物，因此需要在进行离子交换之前尽可能多地去除非有机杂质。由于离子交换滤芯在去除无机物方面的优势，与RO水一样使用离子交换滤芯净化的水被称为“离子交换水”。离子交换水通常用作器皿的清洁水。

该过滤器是一个盖子状过滤器，安装在储水箱顶部。乍一看，这只是一个盖子，但它可以清除从外部进入水箱时带入的空气微生物和微粒。而且，过滤器中还可以填充活性炭或碱石灰，以防止有机物和二氧化碳进入水箱。

其他方法还有超滤膜（UF），它可以最大限度地去除水中的内毒素和核酸酶。

超纯水装置中的“杂质”清洗流程

上面已经介绍了许多去除方法，但在实际生活中是如何生产超纯水的呢？让我们以超纯水生产装置厂家ELGA的与自来水直接连接的超纯水生产装置Quest2为例进行讲解。

如下所示，自来水中有许多杂质，其中大部分都可以通过第二次安装反渗透膜去除。不过，反渗透膜过滤氯的效果差强人意，因此要在活性炭进入之前在第一层先放置一个预处理过滤器，以彻底去除氯。反渗透法无法充分去除的有机物，可以通过UV灯去除大部分。在清除过程中，一些有机物会被电离，产生无机物。因此，剩余的无机物会通过在末端放置的离子交换滤芯来清除。只有经过这四个过程，超纯水才算完成。

以上就是本篇超纯水介绍的详细内容了。如果您喜欢这篇文章，请点赞、分享，让更多人加入到科普的行列中来，一起探索知识的海洋~别忘了关注我们的微信公众号，更多惊喜等您发现！