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纯水质量对全自动生化分析仪及检测结果的影响

厦门锐思捷

2014/10/27

常用设备综合讨论

水是实验室内一个非常重要但又容易被忽视的试剂。在全自动生化分析仪检测过程中，纯水作为生化反应的载体或介质、样品或试剂的稀释液和溶剂、仪器的清洗液以及反应的参与试剂等贯穿检测的全过程，其纯化质量的高低直接关系到检测结果的可信度。目前国内大部分检验科实验室都使用反渗透中央纯水系统。可以根据对该系统工作流程的分析以及遇到的实际情况，发现并总结了导致水纯度不够的几种原因及其对全自动生化分析仪检测的影响。

1 纯水系统工作流程及影响因素

1．1 原水预处理原水是指进入实验室的自来水，预处理就是除去自来水中绝大部分的杂质。

1.1.1方法：预处理一般使用预过滤组件包，通常包含以下内容：

①深层过滤滤芯过滤原水中的泥沙等大的颗粒物；

②活性炭滤芯通过吸附作用去除水中的大部分有机物，特别是自来水中的余氯；

③软化剂滤芯减少水中的钙镁离子浓度，降低水的硬度。如果自来水的硬度较低，也可以不安装软化剂滤芯。

1.1.2影响因素：

①自来水水质：自来水中杂质含量高时会导致预处理部件使用寿命缩短和处理后水质不达标，甚至会堵塞管道，一般要求自来水中固体溶解物含量(TDS)小于1000 ppm。

②预处理部件使用寿命：深层过滤滤芯、活性炭滤芯、软化剂滤芯等都是有使用寿命的材料，它们对反渗透膜具有保护作用，如果它们失效，RO膜负荷就会加重，寿命就会缩短。具体使用寿命应根据各地自来水水质合理设置。

1.2 反渗透膜（RO）处理

反渗透膜(RO)大量去除水中的离子和其他杂质。去除能力通常可大于95%。

1.2.1 影响因素

①进水压：一般纯水系统反渗透膜都需要用高压泵维持一定的进水压力才能维持正常工作，当泵压力不足时会导致产水量下降。

②纯水系统的维护：纯水系统一般都具有自动反冲洗功能，当其设置不合理或故障以及人工维护不当时也会影响纯水机的正常工作，导致纯化效率及水质下降。

1.3去离子水的制备

一般经RO膜处理过的水只能达到三级纯水(电阻率>0. 2MΩ·cm)的标准。三级纯水虽然已经去除了大部分杂质，但其中的离子等杂质浓度还较高，会影响生化分析仪的微量检测，因此必须将三级纯水进一步去离子以达到一级纯水(电阻率≥lOMΩ·cm)的标准才能用于生化检测。

1.3.1方法：离子交换树脂法是纯水制备的常用方法，所用的部件就是离子交换纯化柱（罐），包括阴离子交换柱、阳离子交换柱和混合柱等，试剂为阴阳离子交换树脂。阴阳离子交换树脂一般是由苯乙烯聚合成后再通过二乙烯苯交联得到多孔网状骨架结构，然后在骨架上连接活性基团而形成的高分子聚合物。离子交换树脂所连接的活性基团可分为酸性基团和碱性基团两大类型。连接酸性基团的离子交换树脂称为阳离子交换树脂，连接碱性基团的树脂称为阴离子交换树脂。

1.2.2原理：

①阳离子交换柱原理即硬水软化原理：阳离子交换树脂中的酸性基团有磺酸基(-S03H)、羧基(一COOH)和苯酚基(-C6H40H)等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。

②阴离子交换柱的原理：阴离子交换树脂中的碱性基团有季氨基[-N (CH3)30H]、氨基(-NH2)和亚氨基(=NH)等。它们在水中能生成OH-离子，可与各种阴离子起交换作用。

③混合柱：当两者串联使用或混合使用时，产物就只有水。

1.2.3影响因素：

①离子交换树脂的质量：离子交换树脂是有使用寿命限制的，当离子交换达到一定量时就达到饱和，需要进行再生处理，因此质量越好总量越大其使用期限越长。

②阴阳离子交换树脂的连接方式：复床式：若干个阳离子交换柱和若干个阴离子交换柱串联而成，阳在前阴在后，其优点是再生方便，缺点是出水质量不高(单级复床式出水电阻率只有0.5 MΩ·cm，双级复床式出水电阻率为2 MΩ·cm)。混床式：将阳离子树脂和阴离子树脂以1:2容积比均匀混合装入同一个交换柱内而成，优点是出水纯度高（电阻率≥1OMΩ.cm），缺点是再生困难。联合式：将复床式和混床式串联起来即成，出水质量高（电阻率最高可达18. 3MΩ.cm，即超纯水），使用寿命长。

③三级纯水的纯度：当三级纯水质量不合格，其中一些非离子杂质通过离子交换柱时就会影响离子交换柱的使用寿命并造成出水水质的降低。有些开放性的纯水系统将生成的三级纯水储存于水箱中以备其它用途使用时储存时间过长或其它原因导致的二次污染也会使水纯度下降

2.1 不合格纯水中的杂质成分纯水质量不合格也就意味着纯水系统水纯化的失败，可能出现在原水预处理过程、反渗透过程、离子交换过程和纯水储存中的任何一步。无论哪一步失败，其杂质来源无外乎自来水和纯水机水通道的污染物，主要有：

①离子，常见的有H+，Na+，K+，NH4+，Mg2+，Ca2+，Fe3+，Cu2+，Mn2+，Zn2+，Al3+等阳离子和F-，CI-,N03-,HC03-,S042-,P043-,H2P04-,HSi03-等阴离子；

②有机物质，如农药、烃类、醇类和酯类等；

③颗粒物，如自来水管道中的铁锈和泥沙等；

④微生物；

⑤溶解气体(Nz，02，C12，H2S，CO，CO2，CH4等)。

2.2不同杂质成分对生化分析仪及检测结果的影响

2.2.1 离子含量高的影响：

①最直接的影响就是对血清（浆）中同种离子测定结果的升高，如对Mg2+，Ca2+，Fe3+，Cu2+，Zn2+等的测定，同时也对这些项目的标定产生影响；

②由于很多金属离子都是酶的辅酶因子，因此当金属离子含量高时往往影响酶活性的检测（如Mg2+是多种磷酸化激酶的激活剂，水中含量超标时会导致这些酶活性测定值的升高；而许多重金属离子则对酶有抑制作用，导致酶活性下降）；

③很多阴离子也作为酶的辅因子存在，对酶活性测定产生影响（如CI-对α-淀粉酶就有激活作用）；

④离子含量高的水更容易形成结晶和导致蛋白等有机物变性附着于管道系统，从而使得生化分析仪管道系统更易堵塞，最终造成测定失真或失败；同时，在使用其对反应杯进行清洗时也很难清洗干净，会加速反应杯的老化和损坏，使杯空白升高。

2.2.2有机物质的影响：有机物质的影响主要在于对类似物质测定时导致类似物质测定结果的升高。同时，有机物含量升高也会加速管道系统和反应杯的清洗困难及老化。

2.2.3颗粒物的影响：颗粒物一般很难通过纯水系统进入生化分析仪管道和反应系统，其来源一般都是储水箱发生二次污染，但是一旦进入除了会导致吸光度升高外，还很容易堵塞管道和损坏反应杯。

2.2.4微生物的影响：微生物的去除主要依赖原水的预处理，有些纯水系统还在超纯水处加装紫外杀菌或者微滤、超滤等装置，进一步除去水中残余的细菌、微粒、热源等。但一旦预处理失败或纯水储存箱被二次污染，微生物及其产物就能进入生化分析仪管道系统和反应系统，可能出现的情况有两种：①微生物在管道及反应系统孳生，导致管道堵塞，同时令吸光度和杯空白升高；②微生物产生特定的酶对生化分析仪酶测定产生影响，具体产生什么影响取决于污染菌的类型。

2.2.5溶解气体：溶解气体增多产生的影响有：

①对同种气体的测定的影响；

②对水的pH值也产生影响，如C02，Cl2，H2S等溶解增多导致水pH值的下降，也对pH值依赖性较强的生化项目测定产生影响；

③某些气体如C12增多，因其自身氧化性较强，会对与氧化还原反应相关的生化测定项目产生影响，如对基于340 nm处NADH和NADPH有吸收峰而建立的ALT，AST，BUN等的测定方法，会导致测定值的升高。

2.2.6其它杂质的影响：有些纯水系统也将最终生成的超纯水或一级纯水储存于水箱中，当水箱有生锈情况时导致铁测定不正常，通常会出现在压力水箱中；还有当机械装置密封不严造成的漏油时导致TG测定结果升高。这些情况虽然少见，但也最容易被忽视。

3讨论

3.1 实验室常用的自动化纯水系统有两种：

①大型蒸馏器系统，日出水量在100 L左右，原水利用率10%—15%，能耗大，自动化程度低，制备的蒸馏水纯度一般较低，适用范围较窄，现在基本已经被淘汰。

②反渗透的中央纯水系统，由机械过滤、活性炭吸附、反渗透膜和离子交换树脂等组成，日产水量500 L左右，原水利用率30%—40%，自动化程度高，能耗低，主部件可反复使用，出水纯度高，目前使用广泛。另外，有些实验室因条件所限，直接购买商品化纯净水使用，但商品化纯净水多为饮用水，其标准与实验室用水标准有所不同，很容易对检测造成影响。

3.2评价水质的常用指标

①电阻率，是衡量实验室用水导电性能的指标，其随着水内无机离子的减少而增大，但由于水自身的解离作用，电阻率最大只能达到18.2MΩ.cm左右，是检测水中离子浓度的主要指标；

②总有机碳，是指水中碳的浓度，反映水中有机化合物的含量；

③颗粒，反映水中颗粒物的浓度；

④热原，通常为革兰氏阴性细菌的细胞壁代谢产物。

3.3 建议

①对实验室超纯水进行严格规范的质量控制，定时测定纯水电阻率等指标，定期打印水质报告。

②增强实验室用水质量意识，积极防范因用水而造成的影响和损失。

③对于开放式水储存箱的取用水要严格把关，严防因此而造成的二次污染。

④要掌握纯水机各部件的使用寿命和维护方法，积极防范因纯水机部件失效而造成的各种影响水质的情况，同时延长或保证RO膜和离子交换树脂的寿命。

⑤要对本地区自来水水质状况有所了解并评估其对纯水机的影响，可以通过加装大型预处理装置增加使用寿命。

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