Вода частіше поводиться, як активне середовище, ніж як інертний растворітель- природно, що такі властивості води сильно ускладнюють її очищення.
У великих лабораторіях щодня витрачаються десятки літрів дистильованої води. При цьому від її якості багато в чому залежать результати аналізу, особливо якщо мова йде про визначення активності ферментів, бактеріологічних дослідженнях.
Вимоги, що пред'являються до дистильованої води, сформульовані в Державній Фармакопеї СРСР. «Дистильована вода повинна мати рН в межах 5,0-6,8. Сухий залишок при випаровуванні не повинен перевищувати 0,001%. Дистильована вода не повинна містити нітритів і нітратів, хлоридів, сульфатів, солей кальцію і важких металів »[9].
У лабораторіях дистильовану воду отримують зазвичай за допомогою електричних дистиляторів. Випускаються в СРСР дистилятори забезпечують зазначені вище вимоги.
Для дистиляції води застосовується апаратура різних конструкцій і продуктивності, однак принцип роботи апаратів цього типу один - конденсація пари, одержуваного нагріванням води електронагрівачами різної потужності і виду, в камерах охолодження.
Об'єднання «Червоногвардієць» випускає ряд моделей дистиляційних апаратів різної потужності і продуктивності [23].
Так, дистилятор Д-1 розрахований на отримання 4-5 л води на годину, а дистилятор Д-25, модель 784 - на отримання великих обсягів дистильованої води (25 л / год). Перший апарат цілком придатний для невеликих лабораторій, другий - для лабораторій великих лікарень та науково-дослідних інститутів.
Принципова схема дистилятора Д-25 моделі 784 зображена на рис. 4. У камері випаровування (6) електронагрівальні елементи (8) нагрівають воду до кипіння. Камера випаровування зовні захищена сталевим кожухом, призначеним для зменшення теплових втрат і запобігання обслуговуючого персоналу від опіків. Утворився в камері пара надходить у конденсатор (5), який охолоджується протікає зовні водопровідною водою. Сконденсований пар витікає у вигляді дистиляту через ніпель (1). Чистота одержуваної дистильованої води забезпечується за рахунок відбивних екранів (4), сепаруючих пар. Відбивні екрани розташовані у верхній частині камери випаровування.
Прилад, підключений до водопроводу, заповнюється водопровідною водою, що надходить безперервно, з моменту включення приладу. Через вентиль (9) вода заповнює камеру випаровування до встановленого рівня. У міру википання вода надходить у камеру випаровування лише частково, основна частина її, проходячи через конденсатор, зливається по зливний трубці (3) в зрівнювач (11) і далі через відвід (10) стікає в каналізацію. За допомогою вирівнювача, який повідомляється з камерою випаровування, підтримується необхідний постійний рівень води.
Для оберігання електронагрівальних елементів від перегорання в разі припинення подачі води або зниження її рівня нижче передбаченого в дистиляторі, мається автоматичний пристрій датчик рівня (7), автоматично відключає електронагрівачі від мережі.
При необхідності відключення приладу на тривалий час потрібно спустити воду, що заповнює камеру випаровування. Для цієї мети служить спускний кран (2).
Рис. 4. Схема дистилятора Д-25, модель 784.
Пояснення в тексті.
Збільшення тривалості терміну роботи дистилятора без ремонту може бути досягнуто, як вказують І. П. Петрищев і В. В. Неділько [27], якщо регулярно очищати від накипу трубку, по якій вода надходить у камеру випаровування, оскільки з часом отвір трубки все більше звужується через утворення накипу і вода з зрівнювача надходить у випарну камеру в недостатній кількості, викликаючи передчасний вихід з ладу електронагрівачів.
Для отримання води, яка не містить пірогенних речовин, застосовуваної в лабораторіях, аптеках і всюди, де потрібна вода з мінімальним вмістом домішок, може бути застосований апарат АА-1 [3], що представляє собою дистилятор, в який конструктивно вписані додаткові пристрої: збірник-зрівнювач , в якому відбувається змішування хімічних реагентів, що додаються в камеру випаровування для отримання апірогенної води, і дозуючий пристрій з двох скляних посудин з крапельницями і двома фільтрами (рис.5).
Рис. 5. Апарат для апірогенної води.
Основними частинами апарату є камера випаровування з уловлювачами, конденсатор, збірник-зрівнювач. Камера випаровування, як і в звичайному дистиляторі, захищена зовні сталевим кожухом, що зменшує тепловтрати і оберігає обслуговуючий персонал від опіків. У днище камери випаровування вмонтовані 4 електронагрівальних елемента потужністю по 2 кВт кожен.
У камері випаровування вода, в яку вже додані хімічні реагенти, нагрівається електронагрівачами і перетворюється на пару, яка через уловлювачі і паропровід надходить в конденсаційну камеру, охолоджувану зовні холодною проточною водою, конденсується і перетворюється на апірогенну воду, що витікає через ніпель.
Для запобігання підвищення тиску в камерах є запобіжна щілина, через яку може виходити надлишок пари.
Збірник-зрівнювач, пов'язаний з камерою випаровування, забезпечує постійний рівень води в ній. На початку роботи апарату вода заповнює камеру випаровування до встановленого рівня, а в подальшому, у міру википання, вода надходить у камеру випаровування тільки частково, основна ж її частина через штуцер стікає в каналізацію. Для візуального контролю за рівнем води в камері випаровування на штуцері збірника-зрівнювача вставлено водомірне скло.
Збірник-зрівнювач в апараті AA-I несе подвійну функцію. Він призначений також для змішування води з хімічними реагентами, що додаються в камеру випаровування. Для цієї мети в збірнику-зрівнювач є спеціальна трубка, через яку хімічні реагенти надходять в камеру випаровування разом з водою. Сувора дозування хімічних реагентів забезпечується дозуючим пристроєм, що складається з 2 скляних посудин (ємностей) циліндричної форми, з'єднаних через крапельниці зі збіркою. Ємність кожної посудини - 100 мл. Регулювання дозатора виробляється в основному один раз (на початку роботи апарату), а щоденне відновлення роботи дозатора здійснюється зняттям затискача з гумової трубки, що з'єднує дозатор зі збіркою-зрівнювачем.
Після звільнення однієї судини від реагентів підключають до роботи другої. Дозуючий пристрій укріплено на кронштейні, в якому є отвори для скляних посудин, що закріплюються за допомогою кілець.
Зарубіжні фірми випускають численні моделі дистиляторів і Бідістилятори.
Дистилятори і Бідістилятори фірми TQS (ГДР) випускаються в декількох варіантах, в тому числі у вигляді настінної (М-5000) і настільної (Б-500) моделей [47]. Обидва прилади надзвичайно прості за конструкцією.
Дистиллятор М-5000 (Рис. 6) складається з закритих судин циліндричної форми, виготовлених із кварцового скла. У кип'ятильнику поміщаються два спіральних електронагрівача на 2400 і 1600 Вт, також укладені в оболонку з термостійкого кварцового скла. У камері охолодження, охлаждаемой проточною водою, відбувається конденсація пари і дистильована вода, дотична в процесі дистиляції тільки з кварцовим склом, стікає в приймач. Продуктивність апарату - до 5 л дистиляту на годину.
Рис. 6. Дистиллятор TQS.
Бідистилятор Б-500 (Настільна модель) складається з компактного циліндричного кварцового судини, розділеного на дві розташовані один над одним камери випаровування. Так само, як і в дистиляторі М-5000, нагрів води проводиться спіральним електронагрівачем, ізольованим від води оболонкою з термостійкого кварцового скла. У камері випаровування вода бідістілліруется і обезгажівается. В якості камери охолодження використовується хімічний холодильник з нейтрального кварцового скла. Продуктивність цієї моделі - 0,5 л на годину.
Проблема отримання води з виключно низьким вмістом домішок привертає все більшу увагу дослідників. Протягом десятків років для очищення води, використовуваної для досліджень в галузі біології та медицини, застосовувалася дистиляція і бідістілляція, але сьогодні ці способи вже не можуть задовольнити дослідника. Вже ряд років застосовуються нові методи і засоби для отримання високочистої води. Поєднання методів деионизации, адсорбції і мікрофільтрації забезпечують якості води, набагато переважаючі дистильовану воду. В якості адсорбентів сучасна хімія пропонує ряд високоефективних засобів. Мінеральні солі і гази легко дисоціюють у воді і утворюють позитивні і негативні іони.
Деионизация - більш ефективна, ніж дистиляція щодо видалення іонів солей, що забруднюють воду. Деионизация полягає в пропущенні води через колонку, заповнену іонітами, які зв'язують іони, що знаходяться у воді. У ионообменной колонці зі змішаними шарами іонообмінні смоли (катіоніти) пов'язують позитивні іони, а аніоніти - негативні.
Мікрофільтрація здійснюється шляхом пропускання води через дрібнопористі фільтри, здатні затримувати частки порядку 0,3 мкм в діаметрі.
М. Н. Глухова [8] вказує, що іоніти здатні захоплювати не тільки іони, але і мікроорганізми. Однак при тривалому використанні іонітів вміст мікроорганізмів у деіонізованій воді зростає. Це слід мати на увазі при використанні деионизированной води в мікробіологічних дослідженнях і своєчасно замінювати іонітні смоли в колонках.
Фірма «Мілліпор» (США) виробляє спеціальні системи, які забезпечують високий ступінь очищення води від механічних домішок, солей і мікроорганізмів. У першій ланці апарату для деионизации фірми «Мілліпор» (Рис. 7) вода проходить попереднє фільтрування через фільтрувальний патрон, що містить шар активованого вугілля, в якому уловлюються великі частки гравію, пилу, іржі, далі вода надходить у агрегат з послідовною циркуляцією по чотирьох патронам.
Рис. 7. Апарат для деионизации води.
У першому патроні затримуються органічні речовини і хлор. У наступному патроні уловлюються заряджені іони мінеральних солей (іонообмінний патрон). На третьому етапі (фільтрувальний патрон з діаметром пір 0,45 мкм) затримуються всі частинки, які могли пройти на попередніх етапах і, нарешті, вода пропускається через фільтрувальний патрон з діаметром отворів фільтра 0,22 мкм, в якому затримуються повністю всі бактерії, що мають розміри від 0,3 мкм в діаметрі. Цей патрон можна піддавати стерилізації в автоклаві.
Складовою частиною системи є годинниковий механізм, який пускає в хід рециркуляционний насос для вторинного пропускання води протягом 15 хв, через певні проміжки часу, що виключає можливість застою води в системі, навіть якщо вона знаходиться в бездіяльності в нічний час. Крім того, рециркуляція запобігає розвитку бактерій і, отже, швидку закупорку бактеріальних фільтрів [54].
Фірма «Labortechnik Ilmenau» (ГДР) випускає установку для виробництва повністю знесоленої і деионизированной води, аналогічної дистилляту [12]. Принцип дії приладу заснований на іонному обміні. Настінна модель установки типу КЕА-62 дозволяє отримувати до 75 л води на годину. Апарат має дві іонообмінні колонки, заповнені іонообмінними смолами (катионитом і анионитом) по 4 л в кожній колонці, з обмінної ємністю в 6000 л.
Габарити установки: 900X450 мм, маса - близько 20 кг. Напруга живлення - 220 В, 50 Гц. Споживана потужність - приблизно 35 Вт. Зовнішній вигляд установки наведено на рис. 8.
Найбільш перспективними є установки, в яких конструктивно поєднуються деионизация, органічна адсорбція і мікрофільтрація, що забезпечують високі якості води.
Рис. 8. деіонізатор КЕА-62.