Příprava čisté vody
Snadná dostupnost laboratorní čisté vody v potřebném množství a kvalitě patří k základním podmínkám pro činnost laboratoře. V minulosti běžný způsob přípravy vody destilací je dnes téměř bezvýhradně nahrazen energeticky méně náročnými a provozně spolehlivějšími metodami. Základem většiny moderních systémů na přípravu čištěné vody je reverzní osmóza, která je v praxi kombinována s dalšími principy čištění jako je adsorpce, iontová výměna, filtrace, ultrafiltrace a další fyzikálně chemické metody.
Reverzní osmóza
Proces reverzní osmózy (RO) se jako způsob průmyslové úpravy vod používá od začátku 60. let 20. století. Původně byly systémy úpravy vody používající princip reverzní osmózy vyvinuty na objednávku armády za účelem demineralizace mořské vody. Záhy se stala klíčovou technologií výroby pitné vody v místech, kde jsou zdroje sladké vody nedostupné, nebo limitované, v přímořských pouštních státech. Systémy využívající reverzní osmózy jsou rovněž nenahraditelné na orbitálních stanicích, ponorkách, zaoceánských lodích. Metoda se ukázala jako efektivnější a hospodárnější než jakékoliv jiné metody úpravy vody, například destilace. Frekventovaně se nyní používá při přípravě vody v laboratořích, farmaceutické výrobě a podobně. I řada výrobců nápojů, ve snaze dosáhnout dokonalé kvality svých výrobků, používá vodu upravenou právě metodou reverzní osmózy. Obvyklá účinnost reverzně osmotického procesu je 90-99%.
Filtrace
Mechanické filtry s udanou nominální porozitou jsou nejběžnější filtry používané k odstranění nerozpustných suspendovaných částic a jako první stupeň v zařízeních na přípravu čisté vody. Jsou nezbytným stupněm všech systémů s reverzně osmotickou membránou, kterou chrání před ireverzibilním zablokováním částicemi. Nejčastěji se vyrábějí navinutím vláken na centrální trubku. Tak, jak voda prochází přes vlákna do centrálního otvoru, částice jsou zachycovány na vláknech. Tento typ filtrů odstraní většinu nečistot nad uvedenou porozitu filtru. Termín membránová („absolutní“) filtrace je používán pro filtrační proces, kde jsou odstraněny všechny částice s velikostí stejnou nebo větší než je deklarovaná porosita filtru. Tyto filtry využívající plochou membránu nebo duté vlákno jsou nejčastěji zařazeny na konci systému k odstranění bakterií a dalších částic nezachycených předchozími technologiemi. Tradičně jsou používány membránové filtry s velikostí pórů pod 0,47 µm, nejčastěji 0,2 µm. Jako první filtrační stupeň u systémů s velkým průtokem se používá pískový filtr s automatickým proplachem, kde slouží k odstranění hrubých nečistot.
Ultrafiltrace
Ultrafiltrační membrány jsou primárně využívány v laboratorních systémech na ultračistou vodu k odstranění pyrogenů (bakteriálních endotoxinů) a jako nástroj odstranění nukleáz a DNA. Ultrafiltry využívají k odstranění částic kombinace fyzikálních a chemických interakcí. Provedení ultrafiltrační membrány v mnohém připomíná reverzně osmotickou membránu. Částice jsou zachycovány na jejím povrchu a vyplachovány do odpadu zvláštním výstupem. Ultrafiltry se aplikují na konci systému k zajištění téměř stoprocentního odstranění částic.
Adsorpce
Adsorpce v procesu čištění vody využívá velkého povrchu aktivního uhlí k odstranění organických látek a volného chloru ze vstupní vody. Obvykle je zařazována jako první nebo druhý stupeň v procesu čištění. Jako finální krok se někdy používá v kombinaci s iontoměničem k získání vody s velmi nízkou hodnotou TOC (Total Organic Carbon). Organické látky a chlor zůstávají zachyceny na povrchu aktivního uhlí a postupně tak vyčerpávají kapacitu filtru.
Deionizace
Deionizace je často označována též jako demineralizace nebo iontová výměna. Při procesu deionizace jsou ionty z vody odstraněny pomocí syntetických pryskyřic – iontoměničů. Iontoměniče mají vysokou afinitu k rozpuštěným anorganickým látkám iontové povahy. Podle typu iontů, které odstraňují rozlišujeme katexy (odstraňují kationty) a anexy (odstraňují anionty). Deionizace je jediná technologie, která je schopna poskytnout ultračistou vodu s rezistivitou až 18,2 MOhm (což odpovídá specifické vodivosti 0,056 µS/cm). V praxi se nejčastěji používá ekvimolární směs velmi čistého katexu a anexu (směsný iontoměnič, mixed-bed) umožňující dosáhnout maximální iontové čistoty. Důležitým požadavkem na iontoměniče používané k přípravě velmi čisté vody je minimální uvolňování organických látek. Samostatnou aplikací je odstranění kationtů způsobujících tvrdost vody (zejména vápníku a hořčíku) s použitím katexu v sodném cyklu. Zařízení nazývané změkčovač je schopno provádět automatickou regeneraci katexu s použitím nasyceného roztoku chloridu sodného.
Sterilizace a fotooxidace
Ozařování vody ultrafialovým zářením o vlnové délce 254 a 185 nm eliminuje stopová množství organických látek a spolehlivě hubí mikroorganizmy (UV záření paralyzuje metabolizmus buněk). Záření o vlnové délce 185 nm vede k tvorbě ozonu z rozpuštěného kyslíku a následně vznikající volné radikály oxidují organické látky až na ionogenní molekuly. Ty jsou poté odstraněny speciálním iontoměničem s velmi nízkým uvolňováním organických látek. Zařazení fotooxidace do čistícího procesu umožňuje získat vodu s TOC na úrovni 1 ppb. Fotooxidační proces je zpravidla kombinován s recyklací ozařované vody systémem.