水三相点瓶的冻制方法.doc

水三相点瓶的冻制方法前言水三相点是国际实用温标中一个极为重要的定义固定点,它也是用来定义热力学温度单位-开尔文的基准点。水三相点是能最准确复现的固定点。90国际温标(InternationalTemperatureScaleof1990,简称ITS-90)中定义水三相点温度值为273。16K(℃)。同时在ITS-90国际温标中,~℃温区中的内插公式都表示为W(T)=R(T)/R()。式中R()为铂电阻温度计在水三相点温度的电阻值。因此水三相点的正确复现、准确测量,是标准铂电阻准确测温的关键。水三相点是使用一个三相点瓶来复现的。瓶中装有高纯水,其同位素组分基本上与海水的一样。三相点瓶要经过冻制使三相点瓶内含有冰、水、和水蒸汽三相共存并且处于热平衡状态。如何正确冻制三相点瓶才能准确复现水三相点温度呢?下面介绍两种水三相点瓶的制备方法。冻制阱外围的冰套冻制前的准备在冻制水三相点瓶前,先要使水三相点瓶温度计阱内彻底干燥,并将阱口塞住,浸到冰槽(装有碎冰的杜瓦瓶)中,冷却时间至少一小时。水三相点瓶在冰槽中预冷之后,从冰槽中取出,然后冻制温度计阱外围的冰套。首先应检查预冷后的水三相点瓶温度计阱内是否有水,水遇到干冰或液氮就会结冰,其体积膨胀沿三相点瓶阱径向产生膨胀力,由于冰的存在造成三相点瓶温度计阱局部冷却不均匀,玻璃产生应力,应力与膨胀力相互作用可能发生三相点瓶温度计阱破裂。因此,为避免发生这种情况,三相点瓶预冷后温度计阱内应用无水乙醇冲洗脱水。用干冰冻制将干冰(固态二氧化碳)充入温度计阱内,一直填到与容器中水平面齐平,就可以形成冰套;也可以将酒精倒入温度计阱中和干冰混合在一起,以增加热交换。在水三相点瓶中,水开始冷冻时,由于过冷现象,温度将比水三相点低若干度。当开始冻结时冰的针状结晶体(树枝晶)从温度计阱外壁延伸到液体中。这时温度计阱外壁的四周很快布满树枝晶,尔后在10~20分钟内生长成一个4~8mm厚的清澈冰套。在冻制冰套过程中特别要注意,在冰套长到4mm以前要经常轻敲三相点瓶外部,随时添加干冰。如果温度计阱中的干冰面下降了好几厘米后再添加干冰,则冰套很容易开裂。如果在冰套中从温度计阱壁开始有一延伸到冰套外水中的裂缝,就不可能正确地复现水三相点温度。在将干冰加道温度计阱中时,会有一些干冰存留在容器的顶部四周,这将使容器的内顶部形成冰层,应立即把这冰层融化掉,否则冰层下的水将继续冻结而产生足以使容器破裂的压力。顶部冰层融化的方法是用手加热顶部,并左右来回轻摇容器,用容器中的水“洗”这区域。温度计阱底部的冰套要加厚一些,因为冰套底部的融化速度比较快。温度计阱底部冰套加厚的方法是在干冰完全升华之前,将容器放回冰槽,或者在温度计阱中加入少量的干冰,同时观察冰套的增厚。用液氮冻制首先应往三相点瓶温度计阱内加入少量的液氮,缓缓冷却温度计阱,然后少量的一次一次地加入液氮,液氮向下流温度计阱底外壁的水首先结冰。由于在使用过程中,冰套通常在温度计阱底部融化,因此底部冰套要冻制厚一些。底部冻制完成后,将捆有细线的棉花团放入温度计阱底部,从下向上通过细线调整棉花团的位置,缓缓冻制一个均匀的冰套。在冻制过程中,在温度计阱外壁与容器内壁间,一定不能形成冰桥。因冰桥体积膨胀会产生很大的力,该力以温度计阱与容器顶端的连接