초순수 시스템

ASTM(미국 재료 시험 협회)은 실험실 용수와 관련하여 가장 많이 사용되는 표준으로, 품질 수준에 따라 여러 가지로 나뉩니다. 초순수/Type 1 물은 품질과 순도가 가장 높으며 이온이 거의 없도록 정제된 물입니다. 전처리된 물(순수 또는 RO 물)은 일반적으로 초순수를 얻기 위해 추가 처리를 거칩니다. 초순수를 지칭할 때 가장 많이 사용되는 파라미터는 전도도 또는 전도도의 역수인 저항도입니다. 초순수의 전도도는 0,055 μS/cm이고 저항은 18.2 MΩ*cm입니다. 어플리케이션에 따라 TOC, 내독소 또는 효소와 같은 다른 파라미터도 관련될 수 있습니다. 이 경우 추가 정화 단계가 필요할 수 있습니다. 정수 시스템에 필요한 정수 기술이 구현되어 필요한 수질을 얻을 수 있는지 확인하세요.

중요하거나 민감한 어플리케이션에서 일관되고 재현 가능한 결과가 필요한 경우 신뢰할 수 있는 초순수가 필요합니다. 초순수는 주로 전도도 또는 저항률(각각 0.055µS/cm 또는 18.2mΩ*cm)로 규명됩니다. 이 값에 도달하면 물에는 기본적으로 고스트 피크로 나타나거나 시료의 이온 분리막에 영향을 미쳐 민감한 분석 어플리케이션에 영향을 줄 수 있는 이온이 없습니다. 분석 어플리케이션의 감도가 높을수록 더 높은 수질이 필요합니다. 초순수를 생산할 때 TOC, 내독소, 효소 및 미립자와 같은 다른 불순물은 공정에서 어느 정도 제거됩니다. 이는 민감한 분석 어플리케이션에 영향을 미칠 뿐만 아니라 생명과학 어플리케이션(예: RNA 및 DNA 분해 등)에도 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어 저TOC 또는 RNase | DNase가 없는 물을 필요로 하는 어플리케이션이 있는 경우, 필요한 품질을 달성하기 위해 정제 시스템에 추가 정제 단계가 있는지 확인하십시오.

UV 램프는 유기물을 분해하여 음전하 또는 양전하를 띤 하전 입자로 산화시킵니다. UV 램프는 185 및 254nm의 이중 파장을 사용하여 유기물을 산화 및 분해할 수 있습니다. UV 램프 후에는 물에서 이온과 유기물을 제거해야 하는데, 이는 일반적으로 수지를 사용하여 하전된 이온을 결합하여 제품 물에서 제거하는 탈이온화 공정을 통해 이루어집니다.

낮은 유기물 함량이 요구되는 분석 연구에서 중요한 분석(예: HPLC 또는 ICP-MS)을 수행하려면 UV 램프가 포함된 정수 시스템이 필요합니다. UV 램프 후에는 산화된 이온을 제거하기 위해 탈이온화 카트리지가 필요합니다. 또한, 활성탄은 표면적이 넓고 흡착력이 뛰어나 생산수에서 유기물을 효율적으로 제거할 수 있기 때문에 활성탄 사용을 적극 권장합니다. 이는 일반적으로 순수한 탈이온화 수지 카트리지 대신 UV 램프 후에 탈이온화 수지와 활성탄이 모두 포함된 혼합층 수지 카트리지를 사용하여 달성할 수 있습니다. 그러나 최종 TOC 값은 공급수에 따라 전적으로 달라집니다. 급수의 초기 TOC 값이 높으면 먼저 전처리를 해야 하며, 그렇지 않으면 필요한 낮은 TOC 값을 얻지 못할 수 있습니다. 또한 시스템에 유입되는 TOC 값이 높을수록 소모품이 더 빨리 탈진되어 교체 주기가 짧아지고 총 소유 비용이 높아집니다.

총유기물 함량(TOC 값)을 측정하는 데 널리 사용되는 방법에는 내장된 TOC 모니터를 사용하거나 TOC 표시기를 사용하는 두 가지 방법이 있습니다. 두 가지 방법 모두 전도도 차이를 사용하여 물의 유기물 함량을 측정합니다. 먼저 기준선이 되는 물의 전도도를 측정합니다. 두 방법의 차이는 그 이후에 나타납니다. 그런 다음 TOC 모니터의 경우 UV 램프와 DI 카트리지를 통해 물이 이동합니다. DI 카트리지를 통과한 물은 별도의 챔버로 보내져 유기물 함량이 산화되고 배수가 진행됩니다. 산화는 CO2를 방출하여 전도도를 높이고 이를 측정합니다. 기준선 값에서 두 번째 전도도 값을 뺀 다음 그 차이를 변환계수를 이용해 TOC 함량으로 환산합니다.
TOC 지표법은 UV 램프 이후 DI 카트리지 전에 별도의 챔버가 아닌 온라인에서 두 번째 전도도 측정값을 측정합니다. 그 차이를 다시 계산하여 TOC 값으로 변환합니다. 그러나 두 번째 측정 후에는 다운스트림 구성 요소에 대한 모든 영향을 이론적 수준에서 고려하기 때문에 사용 시점의 TOC 값을 결정하는 TOC 모니터만큼 정확도가 높지 않습니다. 어플리케이션에 TOC 값이 중요한 경우 TOC 모니터를 사용하여 TOC 레벨을 측정하는 시스템을 선택해야 합니다.

이는 어플리케이션과 분석에 따라 다릅니다. 기기와 분석법이 더 민감할수록 간섭을 최소화하고 고스트 피크와 같은 이상을 제거하기 위해 샘플의 TOC 값이 더 낮아야 합니다. 예를 들어, ICP-MS를 사용하는 경우 ICP-MS가 더 민감한 분석 방법이기 때문에 신뢰할 수 있는 결과를 얻으려면 HPLC보다 더 낮은 TOC 값이 필요합니다. 그러나 유기물 수준이 너무 높으면(TOC 값이 높으면) 결과에 고스트 피크가 나타날 뿐만 아니라 컬럼 및 기타 소모품이 막혀 장비의 수명이 단축되고 총 소유 비용이 높아질 수 있습니다.

세포 배양이나 DNA 또는 RNA를 이용한 작업 등 생명과학 관련 연구나 어플리케이션을 수행할 때는 울트라필터를 사용해야 합니다. 한외여과는 포유류 세포 배양 작업 시 중요한 내독소를 제거합니다. 또한 울트라필터는 RNA/DNA 및 단백질 분해에 관여하는 RNase/DNase 및 프로테아제와 같은 중요한 효소도 제거합니다.

포유류 세포 배양과 같이 내독소가 적어야 하는 어플리케이션의 경우 내부 또는 외부 울트라필터를 사용하여 초순수(즉, Type 1 물)를 생성하는 시스템을 사용해야 합니다. 울트라필터는 달톤을 단위로 하는 분자량 커프오프(MWCO)로 측정될 정도로 작은 기공을 사용합니다. MWCO로 인해 내독소, 뉴클레아제, 프로테아제 등이 제품 용수에서 제거됩니다.

실험실 용수에서 RNase와 DNase를 제거하는 데 널리 사용되는 두 가지 프로세스가 있습니다. 첫 번째는 물에 화학물질 DEPC(디에틸 폴리카보네이트)를 첨가하는 것입니다. 이렇게 하면 RNA와 DNA를 분해하는 뉴클레아제, 즉 RNase와 DNase가 비활성화됩니다. 다른 방법은 울트라 필터를 사용하는 것입니다. 발암 의심 물질의 사용을 피하는 것 외에, 울트라 필터의 장점은 뉴클레아제를 비활성화하는 대신 물에서 RNase와 DNase를 제거한다는 것입니다. 비활성화된 뉴클레아제는 제거되지 않으면 TOC(총유기탄소) 수치에 영향을 미칩니다. 한외여과가 DEPC에 비해 갖는 또 다른 장점은 DEPC/물 혼합물을 오토클레이브 처리하여 과잉 DEPC를 제거해야 한다는 점입니다. 이 과정에서 DEPC는 에탄올과 이산화탄소를 생성합니다. 에탄올은 또한 TOC 수준에 기여하고 이산화탄소는 전도도를 높입니다. 

pH는 물 속에 얼마나 많은 이온이 있는지, 특히 H+ 이온의 수로 측정합니다. 물에 이온이 없는 경우, 즉 물의 전도도가 0.055µS/cm(저항률 18.2MΩ*cm)인 경우 pH는 7, 즉 중성입니다.

초순수로 작업할 때는 수질이 예상과 같은지 확인하는 것이 중요합니다. 따라서 수집하기 전에 항상 물을 분주하여 수질을 확인해야 합니다. 분주할 때는 추출이 불가능한 용기(예: 유리)를 사용하고 가능하면 직접 사용해야 합니다. 초순수는 공기 중의 불순물(CO2 등)을 흡수하기 때문에 보관 시 품질이 유지되지 않습니다. 따라서 초순수는 가능한 한 신선한 상태로 사용해야 합니다. 또한 수질을 보장하기 위해 정기적인 유지 보수와 점검을 하는 것도 중요합니다. 또한 튜브를 추가하여 사용 지점을 연장하면 튜브에 불순물이 쌓일 수 있으므로 사용하지 않아야 합니다.  

초순수를 생산하는 정수 시스템의 급수 품질은 시스템의 수명과 총 소유 비용에 큰 영향을 미칩니다. 급수(RO수 또는 순수)를 전처리하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 시스템 내 소모품의 수명을 의도된 수명 기간 동안 사용할 수 있습니다. 그렇지 않으면 불순물로 인해 소모품이 더 빨리 탈진되어 수명이 단축되고 교체해야 합니다. 권장되는 급수에 관한 정보는 항상 시스템 사양을 확인하거나 제조업체의 전문가와 상담해야 합니다.