土壤化学纯水的制备

分析工作中需用的纯水用量很大,必须注意节约用水、水质检查和正确保存,勿使其受器皿和空气等来源的污染，必要时装苏打-石灰管防止CO2的溶解沾污。

纯水的制备常用蒸馏法和离子交换法。蒸馏法是利用水与杂质的沸点不同，经过外加热使所产生的水蒸气经冷凝后制得。蒸馏法制得的蒸馏水，由于经过高温处理，不易长霉；但蒸馏器皿多为铜制或锡制，因此蒸馏水中难免有痕量的这些金属离子存在。实验室自制时可用电热蒸馏水器，出水量有5、10、20或50L/h等几种，使用尚称方便，但耗电较多，出水速度较小。工厂和浴室利用废蒸汽所得的副产蒸馏水，质量较差，必须先检查后才能使用。

离子交换法可制得质量较高的纯水——去离子水，一般是用自来水通过离子纯水器制得，因未经高温灭菌，往往容易长霉。离子交换纯水器可以自己装置，各省市也有商品纯水器供应。

水通过交换树脂获得的纯水称离子交换水或去离子水。离子交换树脂是一种不溶性的高分子化合物。组成树脂的骨架部分具有网状结构，对酸碱及一般溶剂相当稳定，而骨架上又有能与溶液中阳离子或阴离子进行交换的活性基团。在树脂庞大的结构中，磺酸基（—SO3-H+）或季铵基[—CH2N+（CH3）3OH-，简作==N+OH-]等是活性基团，其余的网状结构是树脂的骨架，可以用R表示。上述两种树脂的结构可简写为R—SO3H和R=NOH。当水流通过装有离子交换树脂的交换器时，水中的杂质离子被离子交换树脂所截留。这是因为离子交换基中的H+或OH-与水中的杂质离子（如Na+、Ca2+、Cl-、 SO42-）交换，交换下来的H+和OH-结合为H2O，而杂质离子则被吸附在树脂上，以阳离子Na+和阴离子Cl-为例，其化学反应式为：

上述离子反应是可逆的，当H+与OH-的浓度增加到一定程度时，反应向相反方向进行，这就是离子交换树脂再生的原理。在纯水制造中，通常采用强酸性阳离子交换树脂（如国产732树脂）和强碱性阴离子树脂（如国产717树脂）。新的商品树脂一般是中性盐型式的树脂（常制成R—SO3Na和R=NCl等型式），性质较稳定，便于贮存。在使用之前必须进行净化和转型处理，使之转化为所需的H+与OH-型和型树脂。

离子交换树脂的性能与活性基团和网状骨架、树脂的粒度和温度、pH等有关。①活性基团越多，交换量越大。一般树脂的交换容量为3～6mol·kg-1,干树脂(离子型式)。活性基团和种类不同，能交换的离子基团也不同。②网状骨架的网眼是由交联剂形成的。例如上述苯乙烯系离子交换树脂结构中的长碳链，是由若干个苯乙烯聚合而成。长链之间则用二乙烯苯交联起来，二乙烯苯就是交联剂。树脂骨架中所含交联剂的质量百分率就是交联度。交联度小时，树脂的水溶性强，泡水后的膨胀性大，网状结构的网眼大，交换速度快，大小离子都容易进入网眼，交换的选择性低。反之，交联度大时，则水溶性弱，网眼小，交换慢，大的离子不易进入，具有一定的选择性。制备纯水的树脂，要求能除去多种离子，所以交联度要适当小。但同时以要求树脂难溶于水，以免沾污纯水，所以交联度双要适当地大。实际选用时，交联度以7%～12%为宜。③树脂的粒度越小（颗粒越小），工作交换量（实际上能交换离子的大量）越大，但在交换柱中充填越紧密，流速就越慢。制备纯水用的树脂粒度以在0.3～1.2mm(50～16目)之间为宜。④温度过高或过低，对树脂的强度和交换容量都有很大的影响。温度降低时，树脂的交换容量和机械强度都随之降低；冷至≤0℃时，树脂即冻结，并由于内部水分的膨胀而使树脂破裂，从而影响寿命。温度过高，则容易使树脂的活性基团分解，从而影响树脂的交换容量和使用寿命。一般阳离子树脂的耐热性高于阴离子树脂；盐型树脂以Na型。水的pH对于树脂活性基团的离解也有影响。因为H+与OH-离子是活性基团的解离产物。显然pH下降将抑制阳离子树脂活性基团的离解；pH上升，则抑制阴离子树脂活性基团的离解。这种抑制作用对酸、碱性较强的树脂的影响较小，对酸、碱性较弱的树脂则影响较大。

中性盐式的树脂，性质较稳定，便于贮存，所以商品树脂常制成R—SO3Na和R=NCl等型式。新树脂使用时要先经净化和“转型”处理：用水和酒精洗去低聚物、色素、灰沙等杂质，分别装入交换柱，用稀HCl和NaOH溶液分别浸洗阳、阴离子交换树脂，使之转化为H+与OH-树脂，再用纯水洗去过量的酸碱和生成的盐。转型后将各交换柱按照阳→阴→阳→阴的顺序串联起来。洁净的天然水通过各柱，即得去离子水。树脂使用老化后，就要分别用HCl和NaOH再生为H+与OH-型。再生的反应和转型的反应相似，上述交换方法称为复柱法。它的设备和树脂再生处理都很简单，便于推广；串联的柱数越多，所得去离子水的纯度越高。它的缺点是，柱中的交换产物多少会引起逆反应，制得水的纯度不是很高。

制取纯度很高的水，可采用混合柱法：将阳、阴离子按1:1.5或1:2或1:3的比例（随两种树脂交换能力的相对大小而定）混合装在交换柱中，它相当于阳、阴离子交换柱的无限次串联。一种树脂的交换产物（例如HCl或Ca(OH)2等）可立即被另一种树脂交换除去，整个系统的交换产物就是中性的水，因此交换作用更完全，所得去离子水的纯度也更高。但混合柱中两种树脂再生时，需要先用较浓的NaOH或HCl溶液逆流冲洗，使比重较小的阴离子交换树脂浮升到阳离子交换树脂上面，用水洗涤后，再在柱的上下两层分别进行阳、阴离子交换树脂的再生。也可以采用联合法，即在“复柱”后面安装一个“混合柱”，按照阳→阴→混的顺序串联各柱，则可纯水，可以减少混合柱中树脂分离和再生的次数。