Hotline: 0904.754.399

Công ty TNHH Công nghệ ATP Việt Nam

Tiếng việtEnglish

Lựa chọn và kiểm soát vật liệu lọc nước siêu sạch

1294
com_content.article
(2 votes, average 5.00 out of 5)
Lựa chọn và kiểm soát vật liệu lọc nước siêu sạch5.00 out of 50 based on 2 voters.


Chìa khóa của quá trình sản xuất nước siêu sạch trong phòng thí nghiệm

Tóm tắt

Mặc dù việc thiết kế hệ thống là yếu tố quan trọng trong quá trình sản xuất nước siêu sạch, tuy nhiên vật liệu của các tác nhân lọc trong hệ thống cũng ảnh hưởng nhiều tới chất lượng nước sản phẩm cuối cùng.

Vật liệu lọc thường có khả năng loại bỏ một hoặc một vài loại tạp chất có trong nước. Chất lượng vật liệu không chỉ được đánh giá bằng khả năng loại bỏ những tạp chất đó, mà nó còn tính bằng khả năng hạn chế việc nhiễm trở lại các tạp chất đó vào trong nước và do đó duy trì được khả năng loại bỏ tạp chất theo thời gian.

Các vật liệu có thể tái sử dụng khi chúng được lựa chọn cẩn thận trong qúa trình nghiên cứu và phát triển sản phẩm hoặc bằng việc kiểm soát quá trình sản xuất một cách nghiêm ngặt. Chất lượng nước siêu sạch thông thường được đo bằng trở kháng, tuy nhiên thông số này chỉ phản ánh mức độ ô nhiễm ion mà thôi, nó không phản ánh thông số vi sinh vật, hạt hay chất hữu cơ.

Trong thời gian gần đây, Millipore đã giới thiệu thế hệ máy lọc nước Milli-Q A10 có chức năng kiểm soát hàm lượng TOC (tổng hàm lượng cacbon hữu cơ) cùng với chức năng đo trở kháng truyền thống. Bản tóm tắt kỹ thuật này mô tả 3 loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong lọc nước siêu sạch và bí quyết kiểm tra chất lượng được Millipore sử dụng để đảm bảo tái sử dụng hiệu quả của nước siêu sạch từ máy Milli-Q vầ Super-Q.

 

Vật liệu lọc

 

1. Than hoạt tính

Than hoạt tính được sử dụng rộng rãi trong quá trình lọc nước siêu sạch. Nó có khả năng loại bỏ các tạp chất hữu cơ có trong nước bằng phương pháp hấp phụ. Hiện nay có hai loại than hoạt tính, tự nhiên và tổng hợp, các đặc tính của nó cũng khác nhau rất nhiều, phụ thuộc vào vật liệu chế tạo, quá trình sản xuất và nhà cung cấp.

Vật liệu phổ biến nhất là Các bon hoạt tính tự nhiên được làm từ gỗ hoặc vỏ dừa. Vật liệu này có khả năng hấp phụ các chất hữu cơ có khối lượng phân tử nhỏ với đường động học chậm và giải phóng trở lại các tạp chất vào trong nước. Vì lý do đó mà loại vật liệu này không được sử dụng trong hệ thống lọc nước của Millipore mà chỉ được sử dụng như vật liệu rẻ tiền, hiệu quả trong các cột tiền lọc trước quá trình lọc thẩm thấu ngược (RO)

Than hoạt tính tổng hợp được tạo ra từ các hạt nhựa styren pyrolysis. Nó có cùng cấu trúc lỗ mao quản và diện tích bề mặt cao giống than hoạt tính nhưng có khả năng hấp phụ nhanh các chất hữu cơ có khối lượng phân tử nhỏ và có khả năng giữ lại các tạp chất rất tốt.

 

2. Đệm trao đổi ion

Đệm trao đổi ion có khả năng giữ lại ion bằng lực hút tĩnh điện. Một ma trận polyme được tạo ra bằng cách trùng ngưng của styren và divinylbenzen (DVB). DVB là tác nhân liên kết chéo giữa các chuỗi polystyren, do đó phần trăm của DVB ảnh hưởng tới cấu trúc lỗ, khả năng chống chịu hóa học và cơ học của hạt nhựa, khả năng loại bỏ ion và khả năng hòa tan các chất hữu cơ vào trong nước.

Sau đó hạt nhựa được hoạt hóa bằng cách gắn kết các nhóm chức trao đổi ion bằng liên kết đồng hóa trị với vòng thơm benzen của styren. Khả năng trao đổi ion được tính bằng gam NaCl.

Các hạt nhựa trao đổi ion khác nhau có đặc tính rất khác nhau, kích thước hạt nhựa, cấu trúc lỗ, khả năng bền hóa học/ cơ học và độ liên kết chéo. Tất cả các đặc trưng này ảnh hưởng tới khả năng gắn kết, tốc độ và lựa chọn của nhựa, đồng thời ảnh hưởng khả năng hòa tan ion, chất hữu cơ và hạt rắn vào trong nước.

 

3. Màng lọc

Màng lọc có khả năng giữ lại 100% các hạt và vi khuẩn có kích thước lớn hơn kích thước lỗ lọc.

Chất lượng vật liệu của màng lọc đặc biệt quan trọng bởi vì diện tích bề mặt của chúng rất lớn, và đặc biệt là chúng nằm rất gần điểm lấy nước, do đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm cuối cùng.

 

Màng lọc cuối

Màng lọc Millipak được sử dụng ở điểm lấy nước của Milli-Q, có kích thước lỗ lọc 0,22um đảm bảo loại bỏ vi khuẩn và các hạt rắn.

Hình 5 chỉ mức độ ion và chất hữu cơ hòa tan vào trong nước sản phẩm khi rửa bằng nước siêu sạch (trở kháng 18.2 MOhm và TOC 5 ppb).

 

Màng siêu lọc cho nước không có pyrogen

Pyrogen có trong nước sẽ ảnh hưởng tới quá trình phân tích tế bào, sinh học phân tử và chuẩn đoán. Màng lọc hollow fiber sử dụng trong máy Milli-Q đã được kiểm tra chất lượng, đảm bảo giảm hàm lượng endotoxin trong nước(LRV>4). Cấu trúc của vật liệu được lựa chọn để đảm bảo chỉ hòa tan lượng nhỏ nhất các ion và các chất hữu cơ và cho phép tiệt trùng bằng NaOH đậm đặc.

 

4. Kiểm soát chất lượng của hạt nhựa trao đổi ion

Quá trình kiểm tra chất lượng của Millipore bao gồm ba bước chính

A. Quan sát – kiểm tra tính toàn vẹn và đồng nhất của hạt nhựa inspection

B. Hoạt tính – kiểm tra khả năng và tốc độ trao đổi ion

C. Khả năng hòa tan – kiểm tra mức độ và tốc độ rửa các chất hữu cơ

A. Quan sát

Nhựa trao đổi ion được nhuộm màu bằng các chất chỉ thị pH, quan sát bằng kính hiển vi điện tử để xác định tỷ lệ hạt nhựa ion/cation, sự phân bố kích thước hạt, hoạt độ và trạng thái trầy xước hoặc vỡ của hạt.

B. Hoạt tính – khả năng và tốc độ trao đổi ion

Mẫu hạt nhựa trao đổi ion được đặt vào trong hệ thống kiểm tra với sensor đo trở kháng của nước trước và sau khi qua lớp nhựa.

Trong sơ đồ ta thấy chất lượng nước đi qua hạt nhựa trao đổi ion của Millipore tăng rất nhanh tới 18.2 MOhm.cm, duy trì ở giá trị này trong thời gian dài và kết thúc ở độ trở kháng 10 MOhm.cm. Trong khi đó với các hạt nhựa khác thì mất 1 khoảng thời gian dài mới đạt 18.2 MOhm.cm nhưng sau đó lại giảm nhanh vì có hiện tượng ion bị hòa tan trở lại vào trong nước.

C. Khả năng hòa tan – Mức độ hòa tan các chất hữu cơ

Tất cả các hạt nhựa trao đổi ion đều hòa tan các chất hữu cơ vào trong nước nhưng vấn đề quan trọng là tìm hạt nhựa nào có khả năng hòa tan thấp nhất và có thể rửa trôi nhanh. Trong test kiểm tra độ hòa tan, hạt nhựa được rửa bằng nước siêu sạch (trở kháng 18.2MOhm và TOC <2ppb). Mức độ chất hữu cơ hòa tan trong nước được đo bằng máy A-100 SE inline của hãng Anatel. Hình 8 chỉ ra rằng mức độ hòa tan của các hạt nhựa trong hệ thống Milli-Q là chấp nhận được (đường màu đỏ), còn các hạt nhựa khác đều không đạt (màu xanh lá cây, xanh, vàng)

 

Làm thế nào để đảm bảo duy trì chất lượng nước

Vì các hệ thống lọc nước siêu sạch mà chỉ kiểm soát tạp chất bằng cách đo trở kháng thì khả năng loại bỏ chất hữu cơ của vật liệu có thể bị quá tải hoặc mất tác dụng trước khi quá trình loại bỏ ion hết tác dụng. Kết quả là các tạp chất hữu cơ bị tách và tan vào trong nước. Hàm lượng chất hữu cơ có trong vật liệu lọc cũng cung cấp môi trường cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển tạo ra enzym nuclease và pyrogen. Vì vậy mà các vật liệu cần phải thay thế định kỳ, thời gian thay thế không dựa vào việc giảm giá trị trở kháng mà phải dựa vào thời gian sử dụng.

Nếu các chất hữu cơ nhiễm tạp hoặc sản phẩm phụ của vi sinh vật ảnh hưởng tới ứng dụng và kết quả của bạn thì không được để vật liệu lọc trong hệ thống hơn một năm và nên thay thế định kỳ sau 6 tháng sử dụng. Đối với các hệ thống Mill-Q A10 mới, được trang bị thiết bị đọc TOC và trở kháng, các phụ kiện lọc nước cần phải thay khi giá trị TOC hoặc trở kháng dưới ngưỡng chấp nhận cho ứng dụng của bạn.

Đối với giới hạn vi sinh vật (cfu/ml) hoặc yêu cầu không có pyrogen, điều quan trọng là phải thực hiện các test kiểm tra vi sinh và endotocxin định kỳ. Millipore phân tích hàm lượng endotoxin theo phương pháp định lượng động học turbidimetic LAL (Limulus Amoebocyte Lysate). Kết hợp Cape Cod, Woods Hole, MA USA, chi tiết có thể yêu cầu TB064.

 

Kết luận

Vì vật liệu lọc trên thị trường có rất nhiều loại và chất lượng rất khác nhau nên người sử dụng nên yêu cầu nhà cung cấp mô tả chi tiết về quá trình kiểm tra chất lượng, được lưu lại trong chương trình kiểm tra thẩm định chất lượng của các lô sản xuất. Quá trình kiểm tra đó phải bao phủ hết các thông số kiểm tra cần thiết của vật liệu cũng như là kết quả tách chiết của vật liệu vào trong nước.

 

Tài liệu tham khảo

The Quantification of Ribonuclease in Ultrapure Water

Byron M. Stewart, Millipore Corporation Poster presented during the Pittsburgh Conference in 1993

The measurement and significance of total organic carbon in laboratory water systems

Jacques Moulin (1), Paul Melanson (2), and Michael Retzik (1) Millipore S.A., St Quentin en Yvelines (2) Anatel Corp., Boulder, CO, U.S.A. 02/96 - American Laboratory 28

Studies on the long-term stabilities of the background of radionuclides in inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)

A review of radionuclide determination by ICP-MS Thomas U. Probst, Institut für Radiochemie, Technische Universität München, Walther-Meißner-Strasse 3, D-85747 Garching, Germany 12/96. Fresenius J. Anal. Chem. 354

Laboratories measuring TOC to maintain high-purity water

Karen Clark (Anatel), Michael Retzik (Anatel), Daniel Darbouret (Millipore) 02/97 - Ultrapure Water Magazine, Volume 14, N°2

Comparison of Milli-Q PF Plus Water to DEPC-Treated Water in the Preparation and Analysis of RNA

Y.-H. Huang, P. Leblanc, V. Apostolou, B. Stewart and R.B. Moreland 10/95 - BioTechniques 19: 656-661 Boston University Medical Center, Boston, MA, and Millipore Corporation, Bedford, MA, USA

Development and Characterization of a Conditionally Transformed Adult Human Osteoblastic Cell Line.

Peter V.N. Bodine, Mark Trailsmith, and Barry S. Komm 01/96 - Journal of Bone and Mineral Research, Volume 11, Number 6, pp 806-819 (1) Women’s Health Research Institute, Wyeth-Ayerst, Radnor, Pennsylvania, U.S.A. (2) Division of Bone Metabolism and Osteoporosis Research, Wyeth-Ayerst, Radnor, Pennsylvania, U.S.A.

Nerve cell culture with ultrapure pyrogen-free water. Qualification of the Milli-Q PF for pyrogen removal.

S. Kohsaka (1), Y. Inuzuka (2), D. Darbouret (3) 11/96 - Internal Millipore, DDA9674 (1) Division of Neurochemistry, National Institute of Neuroscience, National Center of Neurology and Psychiatry, Tokyo, Japan (2) Laboratory Water Division, Nihon Millipore Ltd, Tokyo, Japan (3) Laboratory Water Division, Millipore S.A., St Quentin, France