純水
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純水（じゅんすい）とは、水から物理的または化学的な処理によって不純物を除去した、純度の高い水のことである。
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[編集] 概要
例えば、一般的な水道水の中に存在する不純物としては、以下が挙げられる。
- 塩類、例えばカルシウムや炭酸ガスなど、主にイオンの状態で溶解しているもの
- 残留塩素、日本の水道水では殺菌のために給水栓の時点で必ず存在するように定められており、必ずしも不純物とは呼べないが、純水を造る際には取り除くべき対象とされる
- 溶解性でない微粒子、例えば微細な砂など
- 有機物、例えば微生物の残骸など
- 電解しないガス、例えば酸素ガスや窒素ガスなど
純水は、これらのうち主に塩類や残留塩素がほとんどすべて除去された状態を指し、不純物を取り除く方法により、それぞれRO水（逆浸透膜を通した水のこと）、脱イオン水（イオン交換樹脂などによりイオンを除去した水のこと）、蒸留水などと呼ばれる。水道水レベルの水を単にフィルターなどでろ過、または活性炭を通しただけでは純水とは呼べない。
尚、日本薬局方に定められている「精製水」も純水の一種である。
[編集] 主な用途
- 水は、その分子構造が「く」の字型であるために極性を持ち、多様な物質を溶解する性質を持つため良溶媒とされている。しかし、例えば水道水を洗浄に使おうとすると、微量の不純物が洗浄対象物に付着して残ったり、水が蒸発する際に不純物が析出して水垢（みずあか、ウォーターマークとも呼ばれる）を生じたり、更には不純物が洗剤（界面活性剤など）の働きを妨げたりする。こうした現象を嫌う、化学工業や機械工業に於ける機器や原材料、製品などの洗浄や、化学や生物学関係の実験で用いる水、更には実験器具の洗浄などでは、不純物が取り除かれた純水を用いることが必要となる。
- 半導体などの電子部品や電子回路の基板、更には液晶パネルに使うガラスなどの製造工程で使う洗浄水には、ごく微量の不純物が残っていても製品の品質に重大な影響を及ぼすため、純水から純度を更に上げた超純水を用いる必要がある。純水はその原料とされる。
- 食品や飲料、更には医薬品や日用品を工業的に造ろうとするとき、やはり原材料として水は重要であるが、水道水や河川水、井戸水などに残っている不純物はその量が一定しないため、これをそのまま用いると品質のばらつきや化学的性質の不安定化などの問題を引き起こす。そこで純水をこれらの原材料に用いておけば、こうした問題を未然に防ぐことができる。
- ボイラーや加湿器、更には微細なノズルなど、水の温度が変化したり、蒸発が生じたりする用途では、水に不純物が含まれると、水垢（スケールとも呼ばれる）が生じて配管を閉塞したり、伝熱を妨げたりするなど重大な障害を引き起こすため、純水が用いられることが多い。
[編集] 造り方
上述の通り水は良溶媒であるが、高純度の水を得ようとする時にはこの性質が妨げとなる。実際の純水では使用目的にとって障害とならない程度の不純物が残留することを容認し、設備費と運営費が低く信頼性の高い方法（または複数の方式を組み合わせて）が選択される。
純水を造るには錬金術の時代から長らく複式蒸留が唯一の手段だったが、イオン交換樹脂や逆浸透膜の普及により、安価に大量の純水を得られるようになった。例えば実験室でよく使われる純水製造装置では、
のフローが主流であったが、最近ではイオン交換樹脂や蒸留器の代わりに、EDI（電気再生式イオン交換装置、イオン交換膜とイオン交換樹脂を組み合わせて外から電位差を与え、イオンを濃縮させて分離する方式）や逆浸透膜が普及してきている。
- 各構成要素の特徴を以下にまとめる。
- 蒸留器は最も古くから存在する製造法で、性能は良いがコストも高く、また供給した水の一部を不純物が濃縮された排水として捨てる必要がある
- イオン交換樹脂は供給した水のほぼ全量を純水として採水できるが、塩酸や水酸化ナトリウムといった薬品を使った再生が必要であり、またイオン以外の不純物を取り除く能力が低い
- EDI（電気再生式イオン交換装置）は薬品が不要で運転コストが最も安いが、イオンが濃縮された排水が出る。また、イオン以外の不純物を取り除く能力が低い
- 逆浸透膜はイオンだけでなく微粒子や有機物も除去できるが、一部のイオン（特にホウ素など小さいもの）には効果は50%前後の除去率である。しかし、これらの物質は前処理の活性炭やイオン交換処理などと組み合わせると事前に処理されるため、多くの逆浸透膜のシステムでは他の処理と組み合わせて利用されている。逆浸透膜は、原水を透過水（純水）と濃縮水（排水）に分離するセパレーション処理として知られている。そのため排水量は、原水の汚染度により量が異なる。水道水などの高度な処理がされている場合は排水は少ない。しかし、前処理がされていない場合は排水比率を多くし逆浸透膜を保護しながら純水を透過させる場合もある。このように逆浸透膜は単体で使用されることは殆んどない。[要出典]
- 活性炭は微粒子や有機物の除去が可能で、供給した水のほぼ全量を採水できるが、イオンは殆ど除去できず、また頻繁な交換が必要。
- フィルターは安価に粒子を除去できるが、その他のものは殆ど除去できない。また頻繁な交換が必要である。
次に、工業用の純水製造装置として代表的なフローの例を以下に示す。
- 水道水 - フィルター - 活性炭 - イオン交換樹脂。特に大規模な装置の場合は、空気中の炭酸ガスによるイオン交換を最小限とするため、イオン交換樹脂を複数に分け、間に脱炭酸ガス装置を入れる場合が多い。
- 水道水 - フィルター - 活性炭 - 逆浸透膜－脱炭酸ガス装置－EDI
1.は、2.に比べて設備費が安価で、供給した水の殆どを純水として取り出せるが、イオン交換樹脂について時々採水を止めて薬品を使って再生を行うか、交換することが必要である（純水器の項を参照）。一方2.は、設備費が高く不純物が濃縮された排水が出続けるが、再生などで装置を止めることなく連続で採水でき、薬品が不要でメンテナンスも少なくて済むメリットがある。
[編集] 純度指標
純水の純度は多くの場合、不純物のイオン量で示されるが、不特定のイオンを化学分析で定量することは実際的ではないため、連続測定が容易な比抵抗（比電気抵抗）や導電率で評価される。
- 導電率は比電気抵抗の逆数：10(MΩ･cm) = 1/10(μS/cm)。水は極くわずかの部分が水素イオンと水酸化物イオンに電離する（自己解離）為、純粋な水にも必ずイオンが存在し（水のイオン積：10-14）、完全に純粋な水の理論値は、25℃で18.3MΩ・cm = 0.0548μS/cm である。
利用目的にもよるが、1~10MΩ・cm = 1.0～0.1μS/cm の範囲を純水と呼ぶ場合が多い（より純度の高いものは超純水と呼ばれる）。ちなみに、軟水が多い日本の平均的な水道水では、0.02～0.08MΩ・cmである。
