Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:19 • sest 21:35 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 25:18 • Sest 04:56 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 07:07 • Síðdegis: 19:24 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 01:08 • Síðdegis: 13:14 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Heilbrigðisvísindi Veirur og COVID-19
Náttúruvísindi og verkfræði Efnafræði

Hvað er afjónað vatn og til hvers er það notað?

Emelía Eiríksdóttir

Kranavatn er mishreint í heiminum. Íslenska kranavatnið þykir hreint þrátt fyrir að innihalda fjölmörg steinefni (e. minerals), það er uppleyst jónaefni. Vegna þessara aukaefna er kranavatn sjaldan notað í tilraunir eða við mælingar á rannsóknarstofum enda geta óæskileg efni í vatninu haft áhrif á niðurstöður mælinga. Efnafræðingar og aðrir sem nota vatn á rannsóknarstofum þurfa því sérstaklega meðhöndlað vatn við tilraunir og mælingar. Á rannsóknarstofum er annars vegar notað svonefnt eimað vatn (e. distilled water) og hins vegar afjónað vatn (e. deionized water, skammstafað DI water).

Afjónað vatn er vatn sem hefur verið hreinsað með svokölluðu afjónunartæki (sjá mynd 1). Afjónunartæki eru yfirleitt gerð úr agnasíum og jónaskiptasúlum (e. ion exchange columns). Til þess að afjóna vatn er því rennt í gegnum afjónunartæki. Fyrst fer vatnið í gegnum agnasíurnar sem sía grófustu agnirnar frá, meðal annars megnið af örverunum (bakteríur (gerlar), veirur, ger- og myglusveppir). Oft er vatnið einnig geislað með útfjálubláu ljósi til að drepa afganginn af örverunum.

Mynd 1. Milli-Q Academic-afjónunartæki. Q-Gard-hreinsunarsúlan fjarlægir jónir og lífræn efni úr vatninu. Quantum-súlan fjarlægir enn frekar þær jónir og lífrænu efni sem eru í vatninu. Millipak-sía fjarlægir agnir og bakteríur sem eru stærri en 0.22 µm.

Næsta skref fer oft eftir gerð súlnanna sem á eftir koma. Sum afjónunartæki senda vatnið beint inn á jónaskiptasúlur á meðan önnur tæki nota fyrst öfugt himnuflæði (e. reverse osmosis, skammstafað RO, einnig kallað öfug osmósa á íslensku) til að hreinsa vatnið betur áður en það fer inn á jónaskiptasúlur. Með öfugu himnuflæði er vatninu þrýst í gegnum hálfgegndræpa himnu (e. semi-permeable membrane) sem hleypir vatnssameindunum í gegnum örsmá göt en skilur megnið af jónunum eftir.

Hlutverk jónaskiptasúlnanna er að skipta út katjónum (plúshlöðnum jónum, til dæmis Na+ og Ca2+) fyrir róteindir (H+) og anjónum (mínushlöðnum jónum, til dæmis Cl-, CO32- og PO42-) fyrir hýdroxíðjónir (OH-), sjá myndir 2 og 3. Róteindirnar og hýdroxíðjónirnar bindast svo og mynda vatn. Sumar súlur eru þeim eiginleikum gæddar að geta einnig haldið eftir ýmsum lífrænum efnum.

Mynd 2. Jónaskiptasúlur eru pakkaðar með smáum kúlum (e. beads). Á yfirborði kúlnanna (jafnt utan sem innan) í katjónaskiptasúlum sitja neikvætt hlaðin efni föst (súlfónat jónir, SO3-, á þessari mynd) en mótjónir þeirra (róteindirnar, H+) eru lausar. Þegar vatni er rennt í gegnum katjónaskiptasúluna fara katjónir vatnsins (kalsín, Ca2+, og natrín, Na+, á þessari mynd) inn í kúlurnar og bindast súlfónatinu. Við það losna róteindirnar frá súlfónatinu og streyma út úr súlunni með vatninu.

Geymsluaðstæður afjónaðs vatns eru þær sömu og eimaðs vatns. Hægt er að geyma það í nokkrar vikur án örveruvaxtar. Þó kveða innri gæðareglur rannsóknarstofa oft á um að vatn sé ekki geymt lengur en í nokkra daga í senn. Afkastamikil afjónunartæki ráða við stöðugt vatnsrennsli, þá er óþarfi að geyma afjónaða vatnið í sérstöku íláti fram að notkun, einungis er skrúfað frá afjónunartækinu til að leiða vatn í gegnum síurnar og afjónaða vatninu safnað í því magni sem þarf hverju sinni.

Mynd 3. Katjónaskiptakúlan (til vinstri) gefur frá sér róteindir á meðan anjónaskiptakúlan (til hægri) gefur frá sér hýdroxíðjónir (OH-) en heldur eftir öðrum mínusthlöðnum efnum í vatninu. Róteindirnar og hýdroxíðjónirnar bindast svo og mynda vatn.

Flest afjónunartæki hafa innbyggðan viðnámsmæli sem sýnir viðnám (e. resistivity) vatnsins, það er hversu vel vatnið spornar við því að rafstraumur flæði í gegnum það. Viðnám vatns segir mikið um gæði þess. Viðnámið er mælt í megohm⋅sentimetrum (MΩ⋅cm), einnig skrifað megaohm⋅sentimetrar, þar sem MΩ⋅cm = 1.000.000 Ω⋅cm; því hærri sem viðnámstalan er, því færri jónir eru í vatninu til að leiða rafstraum. Ofurhreint (e. ultrapure) vatn, sem er mikið notað á rannsóknarstofum, hefur þannig um 18 MΩ⋅cm (= 0.055 μS/cm) viðnám. Viðnám og leiðni (e. conductivity), það er hversu auðveldlega rafstraumur flæðir í gegnum viðkomandi hlut, eru náskyld hugtök og er lýst með eftirfarandi efnajöfnu:\[\sigma =\frac{1}{\rho }\]þar sem $\sigma$ er viðnám og $\rho$ er leiðni. Leiðni hefur eininguna siemens/metri (S/m). Náðst getur betri árangur í afjónun, það er að segja færri steinefni sitja eftir í vatninu, með afjónunartæki en með eimun.

Heimildir:

Myndir:

Höfundur

Emelía Eiríksdóttir

Emelía Eiríksdóttir

efnafræðingur og starfsmaður Vísindavefsins

Útgáfudagur

20.2.2014

Spyrjandi

Sigurvaldi Hafsteinsson

Efnisorð

Tilvísun

Emelía Eiríksdóttir. „Hvað er afjónað vatn og til hvers er það notað?“ Vísindavefurinn, 20. febrúar 2014. Sótt 25. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=28417.

Emelía Eiríksdóttir. (2014, 20. febrúar). Hvað er afjónað vatn og til hvers er það notað? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=28417

Emelía Eiríksdóttir. „Hvað er afjónað vatn og til hvers er það notað?“ Vísindavefurinn. 20. feb. 2014. Vefsíða. 25. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=28417>.

Chicago | APA | MLA

Tengd svör

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvað er afjónað vatn og til hvers er það notað?
Kranavatn er mishreint í heiminum. Íslenska kranavatnið þykir hreint þrátt fyrir að innihalda fjölmörg steinefni (e. minerals), það er uppleyst jónaefni. Vegna þessara aukaefna er kranavatn sjaldan notað í tilraunir eða við mælingar á rannsóknarstofum enda geta óæskileg efni í vatninu haft áhrif á niðurstöður mælinga. Efnafræðingar og aðrir sem nota vatn á rannsóknarstofum þurfa því sérstaklega meðhöndlað vatn við tilraunir og mælingar. Á rannsóknarstofum er annars vegar notað svonefnt eimað vatn (e. distilled water) og hins vegar afjónað vatn (e. deionized water, skammstafað DI water).

Afjónað vatn er vatn sem hefur verið hreinsað með svokölluðu afjónunartæki (sjá mynd 1). Afjónunartæki eru yfirleitt gerð úr agnasíum og jónaskiptasúlum (e. ion exchange columns). Til þess að afjóna vatn er því rennt í gegnum afjónunartæki. Fyrst fer vatnið í gegnum agnasíurnar sem sía grófustu agnirnar frá, meðal annars megnið af örverunum (bakteríur (gerlar), veirur, ger- og myglusveppir). Oft er vatnið einnig geislað með útfjálubláu ljósi til að drepa afganginn af örverunum.

Mynd 1. Milli-Q Academic-afjónunartæki. Q-Gard-hreinsunarsúlan fjarlægir jónir og lífræn efni úr vatninu. Quantum-súlan fjarlægir enn frekar þær jónir og lífrænu efni sem eru í vatninu. Millipak-sía fjarlægir agnir og bakteríur sem eru stærri en 0.22 µm.

Næsta skref fer oft eftir gerð súlnanna sem á eftir koma. Sum afjónunartæki senda vatnið beint inn á jónaskiptasúlur á meðan önnur tæki nota fyrst öfugt himnuflæði (e. reverse osmosis, skammstafað RO, einnig kallað öfug osmósa á íslensku) til að hreinsa vatnið betur áður en það fer inn á jónaskiptasúlur. Með öfugu himnuflæði er vatninu þrýst í gegnum hálfgegndræpa himnu (e. semi-permeable membrane) sem hleypir vatnssameindunum í gegnum örsmá göt en skilur megnið af jónunum eftir.

Hlutverk jónaskiptasúlnanna er að skipta út katjónum (plúshlöðnum jónum, til dæmis Na+ og Ca2+) fyrir róteindir (H+) og anjónum (mínushlöðnum jónum, til dæmis Cl-, CO32- og PO42-) fyrir hýdroxíðjónir (OH-), sjá myndir 2 og 3. Róteindirnar og hýdroxíðjónirnar bindast svo og mynda vatn. Sumar súlur eru þeim eiginleikum gæddar að geta einnig haldið eftir ýmsum lífrænum efnum.

Mynd 2. Jónaskiptasúlur eru pakkaðar með smáum kúlum (e. beads). Á yfirborði kúlnanna (jafnt utan sem innan) í katjónaskiptasúlum sitja neikvætt hlaðin efni föst (súlfónat jónir, SO3-, á þessari mynd) en mótjónir þeirra (róteindirnar, H+) eru lausar. Þegar vatni er rennt í gegnum katjónaskiptasúluna fara katjónir vatnsins (kalsín, Ca2+, og natrín, Na+, á þessari mynd) inn í kúlurnar og bindast súlfónatinu. Við það losna róteindirnar frá súlfónatinu og streyma út úr súlunni með vatninu.

Geymsluaðstæður afjónaðs vatns eru þær sömu og eimaðs vatns. Hægt er að geyma það í nokkrar vikur án örveruvaxtar. Þó kveða innri gæðareglur rannsóknarstofa oft á um að vatn sé ekki geymt lengur en í nokkra daga í senn. Afkastamikil afjónunartæki ráða við stöðugt vatnsrennsli, þá er óþarfi að geyma afjónaða vatnið í sérstöku íláti fram að notkun, einungis er skrúfað frá afjónunartækinu til að leiða vatn í gegnum síurnar og afjónaða vatninu safnað í því magni sem þarf hverju sinni.

Mynd 3. Katjónaskiptakúlan (til vinstri) gefur frá sér róteindir á meðan anjónaskiptakúlan (til hægri) gefur frá sér hýdroxíðjónir (OH-) en heldur eftir öðrum mínusthlöðnum efnum í vatninu. Róteindirnar og hýdroxíðjónirnar bindast svo og mynda vatn.

Flest afjónunartæki hafa innbyggðan viðnámsmæli sem sýnir viðnám (e. resistivity) vatnsins, það er hversu vel vatnið spornar við því að rafstraumur flæði í gegnum það. Viðnám vatns segir mikið um gæði þess. Viðnámið er mælt í megohm⋅sentimetrum (MΩ⋅cm), einnig skrifað megaohm⋅sentimetrar, þar sem MΩ⋅cm = 1.000.000 Ω⋅cm; því hærri sem viðnámstalan er, því færri jónir eru í vatninu til að leiða rafstraum. Ofurhreint (e. ultrapure) vatn, sem er mikið notað á rannsóknarstofum, hefur þannig um 18 MΩ⋅cm (= 0.055 μS/cm) viðnám. Viðnám og leiðni (e. conductivity), það er hversu auðveldlega rafstraumur flæðir í gegnum viðkomandi hlut, eru náskyld hugtök og er lýst með eftirfarandi efnajöfnu:\[\sigma =\frac{1}{\rho }\]þar sem $\sigma$ er viðnám og $\rho$ er leiðni. Leiðni hefur eininguna siemens/metri (S/m). Náðst getur betri árangur í afjónun, það er að segja færri steinefni sitja eftir í vatninu, með afjónunartæki en með eimun.

Heimildir:

Myndir:

...