純水就是沒有任何雜質，由百分百的水分子組成，不包含任何其它分子的水體，自然界中不存在真正的純水。在文明發展過程中，人類一直延續著對純水的追求，人類文明史幾乎就是一部水的提純史。今天，老郭就與您聊一聊，人類對於水的認識，以及提純水的歷程。
一、五行之一的水，眼不見為淨
不論是東方還是西方，古代文明都把水作為最基本的物質之一，納入到自己的學說當中，在中國就是金、木、水、火、土五行學說，在歐洲就是土、氣、水、火四元素說，可見人類早就開始意識到水的重要性。
儘管那時候並不清楚水和水之間的區別，也是知道汙水是不能直接飲用的，最起碼含有汙泥懸浮物的水，口感就很差，一定要喝清澈的水。當時的人類，從自然界中總結出規律，含有泥沙的水，應該靜置一段時間再喝，這就應該是人類最早的淨水技術——沉澱法。
隨著文明的進步，人類逐漸意識到了水和水之間是不一樣的。比如我國古代人民在泡茶的時候就知道，山泉水上、江河水中、井水下，其他的還有露水、雨水等，都區分了用途。隨著中醫的發展，我國人民還養成了喝開水的習慣。
以科學解釋，山泉水、江河水和井水之間的最大區別就是鈣、鎂離子的濃度不同，井水的離子濃度高，用俗語說就是比較硬。燒開後的水不僅能去除多餘的鈣鎂離子，讓水軟化，還能殺滅自然水體中的細菌和病毒，這都對人類的身體健康起到了積極的作用。
二、科學讓淨水技術和淨水有了標準
如果說科學領域有沒有什麼裡程碑那樣的階段，那就應該是20世紀初，這個時期的科學從宏觀世界進入到了微觀領域，人類對於水的認識，也進入到了分子和原子的級別。同時人類對水的需求也擴展到醫療衛生、工業生產、科學研究等領域，這就催生了製備純水的產業。
早期，由於技術水平有限，生產高純度水的辦法主要是蒸餾法。如果生產環境控制得好，這種方法能生產出純度比較高的水。然而這種方法有一個致命的問題，那就是太浪費能源，並且水的純度無法滿足更高要求。這就導致了新的製備純水的方法不斷出現。
科學家們在沉澱法的基礎之上，增加了過濾這個步驟，過濾中又包含了沙濾、活性炭吸附、超濾等技術。這些辦法既可以去除水中多餘的鈣、鎂等離子，也能帶走一部分的細菌和病毒，同時又不會額外增加水中的其他物質，不改變水的性狀，是目前生活用水的主要生產手段。
這個時候淨水的標準已經從古人的眼不見為淨升級到了科學的指標，比如水中其他雜質的濃度、化學成分、細菌和病毒的數量等等。更進一步的是，產生了純水的概念，不含任何雜質的水。純水在醫療衛生、微電子、科學實驗等領域有著廣泛的用途。
三、EDI超純水設備
然而知道了純水是什麼，不等於能生產出來，這一步歷盡艱辛，直到今天仍然沒有完全實現。既然知道了水不純是因為裡面含有各種少量的雜質，那麼最簡單的辦法還是在過濾上下功夫。多數雜質的體積都比水分子大，只要設計更細的網眼，留下雜質，讓水過去就可以了。
現在有很多家用的純水機採用反滲透膜過濾技術(RO)就屬於此類，其核心是微孔過濾，只有水分子和比水分子小的礦物質、微量元素能通過膜並保留下來供飲用；細菌、病毒、水垢、汙染物均不能通過膜，成為濃縮水排出；反滲透技術能將水中95%-98%的離子去除，從而達到優質飲用水的標準。
然而，優質飲用水距離純水的標準仍然相去甚遠。為了徹底清除水中的雜質不能用化學交換的辦法，因為這樣會引入更難清除的雜質。上世紀50年代誕生的一種電去離子技術(Electrodeionization 簡稱EDI)，是目前普遍採用的超純水製備方案。
這種技術是將電滲析膜分離技術與離子交換技術有機地結合起來的一種新的製備超純水(高純水)的技術。在直流電場的作用下，淡水室中離子交換樹脂中的陽離子和陰離子沿樹脂和膜構成的通道分別向負極和正極方向遷移，陽離子透過陽離子交換膜，陰離子透過陰離子交換膜，分別進入濃水室形成濃水。
EDI進水中的陽離子和陰離子跟離子交換樹脂中的氫離子和氫氧根離子交換，形成超純水(高純水)。超極限電流使水電解產生的大量氫離子和氫氧根離子對離子交換樹脂進行連續的再生，可以連續工作，不需要酸鹼化學再生。
這是一種綠色環保、低能耗、高效率的解決方案。
四、電導率（或電阻率）是純水的新標準
水的純度怎麼測量？物理專業出身的老郭第一個思路是色譜法，這是因為每種分子、原子都有其獨特的特徵譜線，利用吸收光譜或者是發射光譜，就能在非常高的精度範圍內確定樣品的純度。為了確定這個方法的可行性，我諮詢了遼寧中成永續水工科技有限公司的李雨桐總經理。
李總說，色譜法可以用，但是其成本高，並且不能實現在工業級生產中實時監測，所以在EDI設備上採用的都是電導率儀或者是電阻率儀。中誠永續公司生產的純水設備生產的超純水出水檢測值可以達到18.2MΩcm。
也許有些小夥伴對此有些疑問，既然是測量水的電導率，為什麼不是叫導電能力測試，而是叫做水質測試呢？這是因為，水越純淨，水的電導率就越低，水的電導率是反映水的純淨程度的重要參數，甚至是唯一的參數，特別是高純水更是如此，因此電導率是可以正確地反映水質的。
結束語
儘管如今的超純水仍然不是理論上的純水，但工程師們一直在努力，也許真正的純水永遠也生產不出來，但我相信，在科學家和工程師的共同努力下，這個目標一定能夠越來越接近。
需要注意的是，超純水只適合實驗或者是工業生產，並不適合飲用，這個話題我們留在以後再談。
文/郭哥聊科學 部分圖片來自網絡侵刪。