水污染物：类型、来源及实验室影响

有机物

水中有机分子的来源

自来水中存在的溶解性有机分子主要源于生物活动。例如腐植酸、单宁和木脂素是植物腐烂的副产物。人工合成的有机污染物也可能以痕量水平存在于自来水中。例如，饮用水中日益被检测出微量农药、全氟烷基物质以及药品和个人护理产品。另一个例子是输送自来水的PVC管道会释放增塑剂。

实验室中有机离子的影响

水常用于配制溶液和试剂、稀释标准品、样品前处理、空白对照等。溶解性有机物会影响高效液相色谱（HPLC）、超高效液相色谱（UHPLC）或液相色谱-质谱联用（LC-MS）等技术，导致基线不稳定、灵敏度和分辨率降低、出现鬼峰，并最终缩短色谱柱寿命。特定有机分子还可能干扰细胞培养或分子生物学实验，干扰杂交过程或作为内分泌干扰物。

水中有机物去除技术

多种净化技术可去除水中的有机分子，包括反渗透（RO）、活性炭过滤或紫外线（UV）照射下的光氧化处理。

水中的有机杂质可通过测定总可氧化碳（TOC，即总有机碳）进行监测。进行痕量有机物分析时，建议使用TOC极低（5 ppb或以下）的水样。

自来水中常见的无机离子包括阳离子（如钠、钙、镁和铁）和阴离子（如碳酸氢根、氯离子和硫酸根）。 

水中离子的来源

自来水中发现的许多矿物质来自自然界，源自其接触过的土壤和岩石。根据水源的不同，自来水的矿物质盐成分也会有所差异。例如，某些地区的自来水被视为硬水，这意味着其中含有高浓度的溶解矿物质，主要是钙和镁。硬水会在管道和电器设备中形成水垢，并在玻璃器皿上留下水渍。

实验室中无机离子的影响

即使微量离子的存在也可能影响元素与无机物分析，导致结果失真或降低实验灵敏度。离子色谱法、原子吸收光谱法（AAS）及电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）等技术均需使用无离子污染的水样。此外，离子可能通过催化作用或作为酶辅因子（如PCR中的镁离子）影响生化或有机反应。

水中的离子去除

多种净化技术可实现水体离子去除，包括反渗透（RO）、离子交换树脂及电去离子（EDI）。

水中的离子杂质可通过测量电导率或电阻率进行监测。电阻率达到18.2 MΩ·cm时，表明水体几乎不含离子。

细菌及其代谢产物

细菌存在于天然水中，尤其是地表水中。导致水源性疾病的病原体通常通过氯化、臭氧处理或紫外线消毒从公共供水系统中清除，但自来水中仍含有活微生物。 

细菌及其代谢产物对实验室的影响

细菌可通过直接作用或其代谢产物（如内毒素、核酸酶、蛋白酶和碱性磷酸酶）在实验室实验中引发各类问题。已知其主要干扰细胞培养、分子生物学或免疫检测实验，但几乎所有实验室设备都会受到细菌增殖的影响。

水体中的去除

多种技术可用于控制纯化水中的细菌含量。首先，0.22微米筛滤器或超滤膜过滤能有效截留细菌。此外，紫外线照射可灭活细菌。细菌代谢产物（内毒素、核酸酶、蛋白酶或碱性磷酸酶）的分子量远小于细菌，仅能通过超滤技术去除。

颗粒物与胶体

水中颗粒物的来源

天然水中通常含有软性颗粒物（如植物碎屑）、硬性颗粒物（沙粒、尘埃）以及胶体物质（二氧化硅、胶体铁或氧化铝、粘土）。这些物质也可能源自矿物在接触氧气时产生的沉淀物（例如碳酸钙或碳酸镁）。

实验室中颗粒物与胶体的影响

悬浮颗粒与胶体可能导致水体浑浊，影响依赖光束的检测方法（如分光光度法）。它们可能堵塞过滤器或沉积于仪器管路、色谱柱及容器中，导致需频繁清洁或维护。 

颗粒物和胶体可干扰仪器运行。例如，颗粒物会损坏高效液相色谱泵和进样器，并增加系统背压。它们还会干扰微粒、纳米粒、微塑料等的测量与分析。

水处理中的去除

对于多数应用场景，0.22微米过滤足以去除纯化水中的颗粒物。在特定情况下（如进行ICP-MS分析或检测微粒/纳米粒子时），可能需要额外过滤。此时建议选用专用滤器（0.1微米或超滤器）。

溶解气体

天然水中溶解的大部分气体来自环境空气的吸收。温度和大气压力的变化会影响气体的溶解。海平面水体因承受更高压力，所含气体量多于高海拔水体。

自来水含有溶解气体，如氮气、氧气和二氧化碳。例如氧气既可从大气中吸收，也可能由水生植物产生。二氧化碳可能由水生生物或有机物经微生物发酵产生。氩气、氮气、甲烷或硫化氢等其他气体也可能存在，但通常仅为痕量。某些气体还可能由人类活动（农业或工业）产生。 

实验室中溶解气体的影響

水体中的氧浓度会影响特定生化反应。溶解气体可能形成气泡，对颗粒计数或分光光度测量等过程造成干扰，还可能堵塞细管。 

水体脱气处理

台式水净化系统通常不配备脱气装置，若需脱气处理，通常在用水前单独进行。 

即使未配备脱气装置，刚制备的电阻率为18.2兆欧·厘米的超纯水中二氧化碳含量也极低。这是因为二氧化碳在水中与碳酸、碳酸盐及碳酸氢盐处于平衡状态（图1），而这些物质可被离子交换技术高效去除。但若超纯水静置，会迅速从空气中吸收二氧化碳。