卓越超纯水机离子交换树脂是由带有电荷位点的聚合物构成的，电荷位点处可以发生离子交换。合成的离子交换树脂通常都是由多孔微球制备的，这些微球的表面和孔径大小非常适合离子的附着。如果表面积太大，会发生严重的物理吸附。离子交换树脂一旦被各种物质用物理吸附包裹起来，就不能进行离子交换了。（表面积太小会造成离子交换容量有限）。在正常条件下，离子交换和物理吸附都会发生。

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卓越超纯水机现在使用的大多数离子交换树脂都是由合成的聚合物骨架或者矩阵以及与其连接的带有离子交换功能的功能基团构成。可以根据应用不同选择不同的离子交换树脂制备方法。通常情况下，它们是球形或者颗粒状的，但也可以制备成膜、纤维、管、布以及泡沫状。用专门的生产工艺，微球型的聚合物可以制备出成多孔的结构，取代传统的实心凝胶树脂结构。这种树脂被称为大孔或者大网络树脂。聚合物骨架通常是交联在一起的，这样可以防止它们溶解，同时增加机械强度和稳定性。交联的程度必须加以控制，以使得树脂在保证机械性能的同时有足够的缝隙和孔道来吸收和溶胀水，从而保证离子交换活性。最常见的离子交换树脂是苯乙烯——二乙烯基苯（DVB）共聚物，在这里，DVB是交联剂，

离子交换的定义是，在固相和液相之间进行可逆的离子互换，同时固相的结构不发生永久的改变。这意味着常规的使用是不会消耗离子交换树脂的。卓越超纯水机当树脂耗尽时，可以通过再生使其恢复到初始状态，重新使用。

阴离子交换是去除阴离子（带负电的离子）的选择性树脂。强阴离子交换采用季胺基团作功能基团，而弱阴离子交换则用叔胺基团。阳离子交换树脂去除阳离子（带正电的离子）。强力阳离子交换基团是璜酸基，而弱阳离子交换基团为羧酸。