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 ELGA超純水原理

   超純水原理

為什麼超純水的阻抗值(導電率) 18.2MΩcm?有19 MΩcm的超純水嗎?

什麼是導電率(Conductivity)及阻抗值(Resistivity)?

水溫是否會影響比阻抗值?

超純水比阻抗值的重要性(與總離子濃度的關連性)  

超純水中有機物濃度(TOC)的重要性

抑制細菌生長為甚麼要使用動態循環系統!而不建議在水桶內照UV燈?

水中汙染物 (contaminants) 有哪些?

為什麼超純水的阻抗值(導電率) 是18.2MΩ.cm?有19 MΩ.cm的超純水嗎?

18.2MΩ.cm是一個水質檢測數據,其檢測水中的陰陽離子的濃度,而以電阻率(Resistivity)來表示,當水中離子濃度越低時,檢測出的電阻率會越高,如果水中離子濃度越高時,檢測出的電阻率會越低,所以,電阻率與離子濃度成反比關係

但是為什麼極限值是18.2MΩ.cm! ?

如果水中離子濃度趨近於零時,為什麼電阻率不是無限大呢! ?

如果您要了解其中原委,請先了解電阻率的倒數>>電導率(Conductivity) !

電導率是什麼?『電導率是利用固定交流低電壓的陰/陽電極放置在待測水中,測試其電流大小,因為電流大小與水中陰陽離子濃度成正比關係,離子愈少電流就愈小,而反之則反』.

所以,電導率的大小與離子濃度成線形的正比關係

電導率的單位通常以μS/cm來表示,「μ」是10-6,「S」是Siemens的字首,等同於導電度的單位Mho cm則是公分的意思。有趣的是,電導率是零的純水(表示離子濃度是零)是不存在的,因為在技術上,無法完全拿掉水中所有離子,尤其是考慮到下列水的解離平衡式.

           H2O HOH          [H]×[OH]1×1014(25)

   從上述的解離平衡式來看, HOH是永遠無法去除的!

當水中除了[H][OH]之外,沒有任何其它離子時, 電導率的最低值是0.055μS/cm(這個值是根據水中個別離子的濃度,以及該離子的 mobility及其它因素計算出來的,計算基礎是建立在[H]1×107M [OH]1×107M),所以在這個理論下,25℃時,不可能製造出低於0.055μS/cm的純水出來,而這個0.055μS/cm就是大家熟知的18.2MΩ.cm的倒數。

          1/0.05518.2      1/18.20.055

在電學的定義上,電導率與電阻率成倒數關係。

所以,在溫度是 25℃時,因為不可能製造出低於0.055μS/cm的純水出來,換言之,也就是不能製造出高於18.2MΩ.cm的水出來.

再強調一次,「μS/cm」這個單位與大家常用的「MΩ.cm」也是互為倒數關係,換句話說,「μS/cm」與「MΩ.cm」根本就是指同一件事情,如同銅板的兩面,如果有了任何一個單位的數據,只要靠單純的數學運算,就可以做「μS/cm」和「MΩ.cm」之間的互換。

 

 

什麼是導電率(Conductivity)及阻抗值(Resistivity)?

其原理是將兩片面積為 1 平方公分的電極距離 1 cm 通電,測量兩邊的導電率或電阻值,單位如下。 水中的導電物質的含量,可以用電導率來加以表示,且與水中離子含量成正比關係而阻抗值則相反,其值隨著水中離子含量增加而減少。因此,導電率與比阻抗值是呈倒數關係而水的阻抗和水中溶解物質的離子量和價數有關所以在某些特定情況下也可以用來概估TDS(總溶解固體量)和硬度

通常在純水工業界的習慣上,μS/cm多用在污水、自來水、RO水等的水質表示(針對水中離子濃度的高低),而MΩ.cm 似乎只用在超純水(ELGA)的水質顯示

 

比阻抗值的表示單位:MΩcmmega ohm-centimeter

導電率的表示單位:μS/cmmicro Siemens per centimeter

 

 

水溫是否會影響比阻抗值?

比阻抗值會受溫度升高而下降(圖1),水溫每上升1℃,比阻抗值下降 0.84 MΩ.cm。通常為了顯示方便,一般皆溫度補償至 25℃較容易了解。

 

 

 

超純水比阻抗值的重要性(甚麼時候需要更換耗材)

一般來說,我們會使用18.2MΩ.cm來表示超純水的純淨程度到了極限(總鹽類濃度在1ppb以下),在這種情況之下,留在水中並可以導電的陰陽離子,也只剩下1*10-7M[H+][OH-]了。

但要注意的是,有些無機物如矽酸鹽等, 導電的能力不高,所以電導率無法真正反映水中矽酸鹽的實際濃度!

最後,我們來說明一下,電阻抗值要掉到什麼程度,才需要更換超純水耗材?

通常,當水中的總離子濃度超過1ppb時, 18.2MΩ.cm這個數字就會掉下來,如果掉到10MΩ.cm以下時,就表示水中的總離子濃度超過50ppb了,又如果掉到1MΩ.cm以下時,就表示水中的總離子濃度超過500ppb了,根據不同的實驗室會對水質有不同的要求,如果實驗要求的解析度在個位數的ppb時,建議一旦發現18.2MΩ.cm的數值掉下來,就請立即更換耗材。
 

 

超純水中有機物濃度(TOC)的重要性

TOC是由英文 Total Organic Carbon 的字首所組成,,意思是總有機碳, 或有時會寫成Total Oxidizable Carbon,總之,它指的就是水中有機物的碳元素濃度。

但為什麼稱之為總有機碳而非總有機物呢,這是因為在有機物的化學組成中,碳元素是不可或缺的,所以我們利用光氧化或化學氧化的方式來氧化水中有機物中的碳,使其立即變成二氧化碳,然後再測量其增加的二氧化碳量,即非常容易推算出水中有機碳的總量,所以稱之為有機碳

但為什麼我們要使用有機碳而非有機物來呈現水中有機物的濃度呢! 這是因為水中幾萬種有機物,其碳::氧的比例各有不同,所以很難從在總有機物的不確定的比例關係來推算出總有機物來,所以為了事事求是,科學上還是選擇了使用總有機碳來表達水中總有機物的濃度,然而,我們為什麼要花心思來去除並監測水中的總有機碳呢 !

這是因為在科學的用途上,對純水中的有機物濃度要求很低,在1~20ppb範圍內,但原水(大部分情況是自來水)的有機物濃度卻太高,在1,00020,000ppb範圍內,相差約一千倍左右,所以通常純水製造商會使用多種純化方法來去除水中的有機物至可用的範圍內。

 

抑制細菌生長為什麼要使用動態循環系統!而不建議在水桶內照UV燈?

純水在儲水桶內,會因靜置的關係而造成細菌的生長,而造成超純水系統的水質破壞。傳統的改善方式是在水桶內加裝UV燈,但UV燈的殺菌效果會因距離而減弱,長時間照射也會造成塑膠水桶易脆化動態循環是較完善的設計,定時循環使使保持在流動的情況下,細菌不易生長,並在管線上使用UV燈殺菌,近距離照射使的效果更好,為目前較先進的設計

 

水中汙染物 (contaminants) 有哪些?

水中的汙染物質,依其性質可分為

a. 無機鹽類(陰陽離子)   b. 有機化合物   c. 懸浮顆粒及膠體   d. 微生物及內毒素  e. 溶解性氣體: dissolved gas, 包括反應性氣體如CO2.NH3等。
來源: 除了一般大自然來源之外,農業污染及工業污染也是水中污染物的來源。 近年來,土地快速開發導致的水庫產生優養化現象,也是汙染源之一
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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