Nước khử khoáng là nước tinh khiết, được loại sạch các tạp chất ion trong nước, bằng phương pháp dùng các chất hấp phụ trao đổi ion.
Đặc điểm của nước khử khoáng, khác với nước cất là có độ tinh khiết hoá học cao, hàm lượng các tạp chất ion thấp (nhất là các ion kim loại) nhưng không vô khuẩn. Nước khử khoáng đã được ghi vào chuyên luận của một số Dược điển. Hiện nay, nước khử khoáng được dùng phổ biến, thay nước cất, để điều chế một số dạng thuốc trong kỹ thuật bào chế như các thuốc nước dùng ngoài, thuốc uống.
Các chất hấp phụ trao đổi ion được gọi là các ionit. Ionit vô cơ ít đựợc sử dụng vì dung lượng trao đổi ion thấp. Ionit vô cơ thiên nhiên như các Bentonit, Zeolit… Ionit vô cơ tổng hợp như aluminosilic gắn với kim loại kiềm thổ có tên gọi Permutit. Các ionit hữu cơ thường được sử dụng rộng rãi vì có dung lượng trao đổi ion lớn, được tổng hợp bằng các phương pháp ngưng tụ, trùng hợp như Wolfatit, Amberlit, Dower…
-
Cấu tạo của các ionit:
Bao gồm 2 phần : Khung không tan trong nước và các nhóm hoạt động. Phần khung không tan có đặc tính, trương nở trong nước, tạo độ xô”p, tăng bề mặt tiếp xúc của các hạt nhựa ionit với nước, các nhóm hoạt động được gắn trên bề mặt của khung có khả năng trao đổi các ion.
Dung lượng trao đổi ion phụ thuộc vào số nhóm hoạt động và độ xốp trương nở của các ionit.
Các ionit có khả năng hấp phụ, trao đổi các cation trong nước gọi là cationit, hấp phụ trao đổi các anion gọi là các anionit.
Các cationit là các acid mạnh (với nhóm hoạt động là – S03H) hoặc acid yếu (với nhóm – COOH, – OH phenol). Các anionit là các base mạnh (với nhóm hoạt động amoni bậc 4) hoặc base yếu (với các nhóm base amin bậc thấp).
Cơ chế làm sạch các tạp chất ion trong nước, của quá trình điều chế nước khử khoáng, là sự hấp phụ trao đổi ion trên bề mặt rắn – lỏng, giữa các hạt ionit và nguồn nước. Quá trình trao đổi ion thường diễn ra qua hai giai đoạn: Các ion trong dung dịch khuếch tán, tập trung một số lớn ion lên trên bề mặt chất trao đổi ion, do lực hút với nhóm phân cực trên bề mặt, tiếp sau đó là quá trình trao đổi các ion.
Nguyên tắc của phương pháp điều chế nước khử khoáng là cho nước đi qua cột chứa cationit và anionit, để giữ lại các lon.
Khi đi qua các cột cationit dưới dạng acid (dạng hoạt động) các cation bị hấp phụ và trao đổi với H+ vào dung dịch theo các quá trình sau:
R“H+ + Na+ + cr -» R’Na+ + H+ + Cl”
2 R“H+ + Ca2+ + 2HC0”3 R~2Ca24 + 2H+ + 2HCO_3
Khi tiếp tục đi qua anionit dưới dạng kiềm (dạng hoạt động) các anion bị hấp phụ và trao đổi ion OH vào dung dịch, để tạo thành nước tinh khiết và trung tính.
R+OH~ + H+ + cr R+cr + H20 2R4OH~ + 2H+ + SO4″ ->R2+S042‘ + 2H20
Các cột ionit có thể được lắp đặt, bố trí kiểu thông thường là cationit trước cột anionit, kiểu bố trí ngược là anionit đặt trước. Ngoài ra còn có kiểu bố trí hỗn hợp, trong 1 cột chứa cả 2 loại cationit và anionit đã được trộn đều. Tỉ lệ các cationit và anionic tuỳ thuộc vào dung lượng trao đổi ion của 2 loại để đảm bảo loại sạch tạp ion.
Các muối carbonat và hydrocarbonat tạo thành sẽ bị phân huỷ trong môi trường acid. Khí carbonit được loại trừ bằng cách đun sôi nước.
Khi cationit và anionit không còn khả năng trao đổi ion, người ta hoàn nguyên chúng, bằng cách rửa nhựa cationit với dung dịch acid HC1 3 – 6% và rửa nhựa anionit với dung dịch NaOH 3 – 4%. Thực chất, đây là quá trình phản hấp phụ, trả các ionit về dạng hoạt động, với phương trình trao đổi ion như sau :
R’Na* + H4 + cr -> R’H + Na+ + C1 R4cr + Na+ + OH~ -» R+OH- + Na+ + cr
Sau đó rửa các chất trao đổi ion đã tái sinh với nước cất, cho đến khi hết vết các ion. Việc hoàn nguyên ionit, có thể thực hiện bằng cách ngâm rửa ionit trong thùng chậu, với dung dịch rửa (dung dịch phản hấp phụ trao đổi ion) hoặc dung dịch rửa chảy chậm qua cột ionit.
Hỗn hợp nhựa cationit và anionit được tách riêng từng loại trong nước đế đem hoàn nguyên nhờ sự khác nhau về tỉ trọng.
Để kiểm tra chất lượng khử khoáng, ở đầu ống ra của nước khử khoáng được lắp một đồng hồ đo điện trở. Nước khử khoáng tốt, có điện trở trên 1,4 triệu Ohm.cm, nhỏ hơn 1 triệu Ohm.cm là nước có chất lượng kém.
Quá trình điều chế nước tinh khiết bằng chất trao đổi ion có ưu điểm là không cần nguồn nhiệt, thuận tiện và dễ thực hiện trong các hiệu thuốc và phòng bào chế. Nước khử khoáng có thể đạt được độ tinh khiết hoá học cao. Nhưng ngược lại, về mặt sinh học, không thể coi là đạt yêu cầu vì các chất trao đổi ion không có khả năng hấp phụ các chất gây sốt (chí nhiệt độ) và các vi khuẩn. Ngoài ra. người ta còn thấy, khi bốc hơi nước khử khoáng, đôi lúc thu được một cấn đen do nước đã hoà tan một phần rất nhỏ thành phần của nhựa ionit, chứng tỏ ionit có thể thả tạp vào nước. Đây cũng là lý do không dùng nước khử khoáng để pha thuốc tiêm.
Ngoài phương pháp khử khoáng nước bằng chất trao đổi ion, người ta còn dùng phương pháp siêu lọc, phương pháp thẩm thấu ngược, nhưng các phương pháp này ít có công dụng thực tế trong Ngành dược.
