為什麼超純水要即刻使用而不宜儲存

在工作中,我們常被問到下列的問題:

  1. “為什麼超純水製造機所顯示的阻抗值明明是18.2MΩ.cm,但實驗結果還是怪怪的 !!”
  2. “因為18.2MΩ.cm是超純水的水質指標,所以可否將之做為更換耗材的唯一依據,而不需要考慮時間因素”   

首先,我們需要先說明一下超純水的特性!
我想,大家都會同意”水”是超機溶劑,所以即使是自來水中也會含有科學實驗所不能忍受的千萬種雜質,因此我們都會用最先進的技術來純化水質,而造成一種極度人工與環境極不平衡的水,它的名字叫做”超純水”,當這種水從純水系統製造出來的瞬間,即刻開始與其接觸的環境產生溶解反應,我們戲稱這種水為 “ hungry water” , 它會從空氣中吸收雜質,如懸浮粉塵,揮發性有機物VOC以及微生物等,它也會從容器中吸收化學溶出物來,包含有機或無機物在ppb的層級上.

 

還有,它又與空氣中的二氧化碳發生變化,對已經純化成超純水的水而言,二氧化碳→碳酸所帶來的酸鹼變化就非常有趣了.
首先,空氣中二氧化碳的濃度雖然不高,只有0.038%(380ppm),卻能與水產生化學反應如下:
CO2(g)+H2O(l)  ↹H2CO3(l)
碳酸是一種弱酸(Ka1=4.3×10-7),但由於超純水中已無任何主導性(dominant)的相對強酸,強鹼,共軛酸,共軛鹼的情況下,碳酸是唯一主導性性的弱酸,也是唯一[H+]離子的來源(請忽略掉H2O的解離).
Ka1=[H+][HCO3] /[H2CO3]=4.3×10-7
如有需要,任何時間或地點,我們都可以模擬出二氧化碳→碳酸→碳酸根離子的現象,當超純水開始曝露在大氣下時,二氧化碳的溶解,就會無可避免的持續下去,這時,我們可以用電導率(conductivity)或pH的變化來監視這個過程(請參考附錄1).
因為水中的離子濃度持續增加,所以電導率會持續升高(或電阻抗值持續下降),通常,在一小時之內,導電度會由0.055μS/cm (18.2Megohm.cm)升高到0.25μS/cm以上(下降至4Megohm.cm以下),過程中水中總離子濃度提高到4.5倍以上.

結論:

從這個不可逆現象看來,超純水最好能現場使用,任何方式的貯存及久放,除了會有容器本身造成的污染外,開放下(open air)的灰塵/揮發性有機物/微生物等污染及二氧化碳造成的電導率上升, pH下降是無法抗拒的.
最後,要注意的是,久存的超純水,TOC(有機物)及微生物也都會有快速升高的隱憂,所以,建議當使用超純水時,還是希望能夠即刻使用最好!!

參考資料

elga labwater