18.2 MΩ．cm超純水之迷思

“為什麼實驗室超純水製造機 (Milli-Q) 顯示的阻抗值是 18.2 MΩ．cm，實驗似乎還是有問題 ! ”

“可不可以以 18.2 MΩ．cm 做為更換超純水機耗材時機的唯一依據，而不需要考慮時問因素”

“18.2 MΩ．cm 到底表示什麼？與導電率 0.055 μS/cm 之間又是什麼關係？”

“阻抗要掉到什麼程度，就需要立刻更換超純水耗材？18 MΩ．cm 或 10 MΩ．cm，原因為何？”

首先，我們需要先說明一下導電度是什麼，『導電率是利用固定直流電壓的陰/陽電極放置在待測水中，測試其電流大小，因為電流大小與水中陰陽離子濃度成正比關係，離子愈少則電流愈小，反之則反』，單位通常使用 μS/cm（Conductivity，導電率），「μ」是10^-6，「S」是Siemens的字首，與 Mho（導電度單位）相同。

有趣的是，導電率是0的純水 (25℃) 是不存在的，因為在技術上，無法完全拿掉水中所有離子，尤其是考慮到下列平衡式。

H₂O ←→ H⁺ + OH^-　[ H ⁺] × [ OH ^-]＝ 1 × 10 ^-14 (25℃)

水中除了[ H⁺ ] 和 [ OH^- ] 之外，沒有任何其它離子時，導電度是0.055μS/cm這個值是根據各別離子的濃度、 mobility、 溫度及其它因素計算出來的，計算基礎是建立在 [ H ^＋ ]=1 × 10 ^-7M， [OH ^- ]=1 × 10 ^-7M 上)，所以在這些理論下，25℃ 時，不可能製造出低於0.055 μS/cm 的純水出來，而這個 0.055 μS/cm 就是大家熟知的 18.2MΩ．cm 的倒數。

1 / 0.055 ＝ 18.2 或 1 / 18.2 ＝ 0.055

再強調一次，「μS/cm」這個單位與大家常用的「MΩ．cm」是互為倒數的關係，換句話說，「μS/cm」與「MΩ．cm」根本就是指同一件事情，如果有了任何一組數據，只要靠單純的數學運算，就可以做「μS/cm」 ←→「MΩ．cm」之間的互換。

通常在純水工業界的習慣上，μS/cm 多用在污水，自來水，RO水等的水質表示（針對水中離子濃度的高低），而 MΩ．cm 似乎只用在超純水 (Milli-Q) 的水質顯示上。

通常，我們用 18.2 MΩ．cm 來表示超純水的純淨程度到了極限(總鹽類濃度在 1ppb 以下，請參考圖２)，在這種情況之下，留在水中並可以導電的陰陽離子，也只剩下 1*10^-7M 的 [ H⁺ ] 及 [ OH^- ]了 （有些無機物如矽酸鹽等， 導電能力不高，所以導電率無法真正反映水中矽酸鹽的實際濃度）。

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只有 0.038% (380 ppm)，卻能與水產生化學變化，反應如下：

CO₂ (g)+H₂O (l) ←→ H₂CO₃ (l)

雖然，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，碳酸是唯一主導性弱酸，也是唯一 [ H⁺ ] 離子的來源（忽略掉 H₂O 的解離）。

Ka1 = [ H⁺ ] [ HCO₃ ] / [ H₂CO₃ ] = 4.3 × 10^-7

如有需要，我們可以在實驗室裡模擬出二氧化碳→碳酸→碳酸根離子的狀況，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，我們可以用阻抗值的變化來監視這個過程(請參考圖１)。

導電率會持續升高（或阻抗值持續下降），通常，在一小時之內，導電度會由 0.055 μS/cm (18.2 MΩ．cm) 升高到 0.25 μS/cm 以上（下降至 4 MΩ．cm 以下），過程中水中總離子濃度提高到 4.5倍以上。

從這個不可逆現象看來，超純水最好能現取現用，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導電率上升， pH下降是無法抗拒的。