Вода частіше веде себе, як активне середовище, ніж як інертний розчинник; 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 у 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].
В 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, проте принцип роботи апаратів цього типу один - конденсація пари, одержуваного нагріванням води електронагрівачами різної потужності і виду, у 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 пар надходить у конденсатор (5), який охолоджується протікає зовні водопровідною водою. Сконденсований пар витікає у вигляді дистиляту через ніпель (1). Чистота одержуваного дистильованої води забезпечується за рахунок відбиваючих 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. По мірі википання вода надходить у камеру випаровування лише частково, основна частина її, проходячи через конденсатор, зливається з зливальній трубці (3) в зрівнювач (11) і далі через відвід (10) стікає в каналізацію. З допомогою вирівнювача, який повідомляється з камерою випаровування, підтримується необхідний постійний рівень води.
Для запобігання електронагрівальних елементів від перегорання у разі припинення подачі води або зниження її рівня нижче передбаченого в дистилляторе, є 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 В. П. Петрищев і Ст. Ст. Неділько [27], якщо регулярно очищати від накипу трубку, з якої вода надходить у камеру випаровування, так як з часом отвір трубки все більше звужується через утворення накипу і вода з вирівнювача надходить в випарну камеру в недостатній кількості, викликаючи передчасний вихід з ладу електронагрівачів.
Для отримання води, не містить пірогенних речовин, що застосовується в лабораторіях, аптеках і всюди, де потрібна вода з мінімальним вмістом домішок, може бути застосований апарат АА-1 [3], що представляє собою дистилятор, який конструктивно вписані додаткові пристрої: збірник-зрівнювач, в якому відбувається змішування хімічних реагентів, що додаються в камеру випаровування для одержання апірогенної води, і дозуючий пристрій з двох скляних посудин із крапельницями і двома фільтрами (рис.5).
Рис. 5. Апарат для апірогенної води.
Основними частинами апарату є камера випаровування з вловлювачами, конденсатор, збірник-зрівнювач. Камера випаровування, як і в звичайному дистилляторе, захищена зовні сталевим кожухом, зменшує тепловтрати і захищає 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 електронагрівниками і перетворюється в пар, який через уловлювачі і паропровід надходить в конденсаційну камеру, охолоджувану зовні холодною проточною водою, конденсується і перетворюється в апирогенную воду, що витікає через ніпель.
Для запобігання підвищення тиску в камерах є запобіжна щілину, 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 надалі, у міру википання, вода надходить у камеру випаровування тільки частково, основна ж частина через штуцер стікає в каналізацію. Для візуального контролю за рівнем води в камері випаровування на штуцері збірника-вирівнювача вставлено водомерное скло.
Збірник-зрівнювач в апараті AA-I несе подвійну функцію. Він призначений також для змішування води з хімічними реагентами, додаються в камеру випаровування. Для цієї мети в збірнику-уравнителе є спеціальна трубка, через яку хімічні реагенти надходять у 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 кожного судини - 100 мл Регулювання дозатора здійснюється в основному один раз (на початку роботи апарату), а щоденне відновлення роботи дозатора здійснюється зняттям затискача з гумової трубки, що з'єднує дозатор зі збірником-зрівнювачем.
Після звільнення однієї посудини від реагентів підключають до роботи другої. Дозуючий пристрій укріплено на кронштейні, в якому є отвори для скляних посудин, що закріплюються за допомогою кілець.
Закордонні фірми випускають численні моделі дистиляторів і бидистилляторов.
Дистилятори і бидистилляторы фірми TQS (НДР) випускаються в декількох варіантах, в тому числі у вигляді настінної (М-5000) і настільною (Б-500) моделей [47]. Обидва прилади надзвичайно прості по конструкції.
Дистилятор М-5000 (рис. 6) складається з закритих посудин циліндричної форми, виготовлені з кварцового скла. В кип'ятильник поміщаються два спіральних електронагрівача на 2400 і 1600 Вт, також укладені в оболонку з термостійкого кварцового скла. В камері охолодження, охолоджуваної проточною водою, відбувається конденсація пари і дистильована вода, стикається в процесі дистиляції тільки з кварцовим склом, стікає в приймач. Продуктивність апарату - до 5 л дистиляту в годину.
Рис. 6. Дистилятор TQS.
Бидистиллятор Б-500 (настільна модель) складається з компактного циліндричного кварцового судини, розділеного на дві розташовані один над одним камери випаровування. Так само, як і в дистилляторе М-5000, нагрівання води здійснюється спіральним електронагрівачем, ізольованим від води оболонкою з термостійкого кварцового скла. У камері випаровування вода бидистиллируется і обезгаживается. В якості камери охолодження використовується хімічний холодильник з нейтрального кварцового скла. Продуктивність цієї моделі - 0,5 л на годину.
Проблема отримання води з винятково низьким вмістом домішок привертає все більшу увагу дослідників. Протягом десятків років для очищення води, використаної для досліджень у галузі біології та медицини, застосовувалася дистиляція і бидистилляция, але сьогодні ці способи вже не можуть задовольнити дослідника. Вже ряд років застосовуються нові методи і засоби для отримання високочистої води. Поєднання методів деіонізації, адсорбції і мікрофільтрації забезпечують якості води, що набагато перевершують 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 пропусканні води через колонку, заповнену іонітами, які зв'язують іони, що знаходяться у воді. В іонообмінній колонці зі змішаними шарами іонообмінні смоли (катіоніти) пов'язують позитивні іони, а аниониты - негативні.
Мікрофільтрація здійснюється шляхом пропускання води через дрібнопористі фільтри, здатні затримувати частинки близько 0,3 мкм у діаметрі.
М. Н. Глухова [8] вказує, що іоніти здатні захоплювати не тільки іони, але і мікроорганізми. Однак при тривалому використанні іонітів вміст мікроорганізмів в деіонізованій воді зростає. Це слід мати на увазі при використанні деіонізованої води в мікробіологічних дослідженнях і своєчасно замінювати іонітні смоли в колонках.
Фірма «Мілліпор» (США) виготовляє спеціальні системи, які забезпечують високий ступінь очищення води від механічних домішок, солей і мікроорганізмів. У першому ланці апарату для деіонізації фірми «Мілліпор» (рис. 7) вода проходить попереднє фільтрування через фільтрувальний патрон, що містить шар активованого вугілля, в якому уловлюються великі частинки піску, пилу, іржі, далі вода надходить в агрегат з послідовною циркуляцією по чотирьох патронів.
Рис. 7. Апарат для деіонізації води.
У першому патроні затримуються органічні речовини і хлор. В наступному патроні уловлюються заряджені іони мінеральних солей (іонообмінний патрон). На третьому етапі (фільтрувальний патрон з діаметром пор 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 всі бактерії, що мають розміри від 0,3 мкм у діаметрі. Цей патрон можна піддавати стерилізації в автоклаві.
Складовою частиною системи є годинниковий механізм, який пускає в хід рециркуляційний 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» (НДР) випускає установку для виробництва повністю знесоленої і деіонізованої 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 (катіонітом і анионитом) по 4 л у кожній колонці, з обмінною ємністю 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 мікрофільтрації, що забезпечують високі якості води.
Рис. 8. Деионизатор КЕА-62.
