A、大气中含有氧气、氮气、二氧化碳等气体属于混合物，故A错；

B、矿泉水中含有水和多种矿物质，属于混合物，故B错；

C、自来水中含有水、消毒剂、微生物等物质，属于混合物，故C错；

D、蒸馏水是由水一种物质组成，属于纯净物，故D正确．

故选D．