水三相點瓶凍制方法及水三相點瓶保存方法介紹

   水三相點的復(fù)現(xiàn)是通過水三相點瓶的凍制和保存來實現(xiàn)的。水三相點瓶凍制裝置凍制方法主要有液氮凍制法、低溫酒精凍制法、干冰凍制法及自動凍制法五種方式。

（一）水三相點瓶液氮凍制法
    首先將放入裝有或在0℃-5℃的低溫操中進行預(yù)冷，預(yù)冷一般需要2小時以上。預(yù)冷的主要目的是為了保證凍制的效率更高，同時減少容器所承受的溫差，避免水三相點瓶損壞。
將經(jīng)過預(yù)冷的水三相點瓶置于裝有碎冰的杜瓦瓶中。使用瓷杯等容器將液氮緩緩地倒入標準鉑電阻溫度計插管內(nèi)，從溫度計插管底部開始，分層凍制到水三相點瓶液面為止。如圖1所示zui初形成的冰套。

水三相點瓶凍制裝置凍制時，由于液氮溫度計極低（可達-196℃左右），凍結(jié)速度較快，凍結(jié)的冰套會開裂，發(fā)出一定的爆裂聲，可觀察到溫度計插管周圍有許多片狀結(jié)晶，厚薄不均勻。適當控制液氮的注入量，同時將頂部扎有棉球的玻璃棒插入溫度計插管內(nèi)以限制液氮停留的位置，上下拉動玻璃棒即可以使液氮擴散，保證整個冰套外表平滑，厚度均勻。

在凍制過程中，在溫度計插管外壁與容器內(nèi)壁之間一定不能形成冰橋。冰橋如圖2所示。因為冰橋生產(chǎn)膨脹會產(chǎn)生很大的力矩，在其作用下極易使溫度計插管從上端與容器的連接處斷裂。若發(fā)生冰橋出現(xiàn)，可以用自來水沖洗容器外壁，使冰橋融化。在凍制過程中，還要防止瓶頸液面處的冰生長過快，出現(xiàn)冰套與玻璃容器內(nèi)壁（包括插管外壁）凍結(jié)的現(xiàn)象，極易造成容器漲裂破損，冰套與插管外壁、容器內(nèi)壁凍結(jié)如圖3所示。

要及時將水三相點瓶拿到自來水下沖洗外表及插管，使冰套與插管外壁、容器內(nèi)壁分離。然后再重復(fù)上述凍制過程。直至溫度計插管周圍形成厚度1-2cm、表面光滑、質(zhì)地均勻的冰套為止。凍制好的水三相點瓶如圖4所示。

冰套生成后，讓液氮全部揮發(fā)，然后用經(jīng)預(yù)冷的純水把溫度計插管沖洗干凈。稍用力旋轉(zhuǎn)水三相點瓶，讓冰套圍繞插管旋轉(zhuǎn)。液氮制冷法使目前凍制速度zui快，但容易發(fā)生深度凍傷，對操作者具有一定的危險性。

（二）水三相點瓶低溫酒精凍制法
把經(jīng)過預(yù)冷的水三相點瓶置于裝有碎冰的杜瓦瓶中。再將酒精低溫槽設(shè)置再-30℃左右（更低溫度也可以）。把適量低溫酒精灌入水三相點瓶溫度計插管中，大約三分之一高度。將一臺小型潛水泵（性能與常用魚缸用泵類似）的吸入口插到酒精低溫槽的酒精中，潛水泵的排除口與橡膠軟管以及加工成U形的銅管連接起來，將U形銅管插入水三相點瓶溫度計插管中。橡皮軟管末端再插入酒精低溫槽中，組成一個循環(huán)系統(tǒng)。通過潛水泵將低溫酒精打入橡膠管和U形銅管中，銅管與溫度計插管進行熱交換，導致溫度計插管外壁四周的純水溫度逐漸降低，當溫度計插管外壁周圍出現(xiàn)許多細微、絨狀的結(jié)晶時，表明已進入過冷狀態(tài)，這時取出水三相點瓶用力搖晃一下，溫度計插管四周會立刻“生長"出許多細長、片狀的冰晶。再經(jīng)水三相點瓶放回杜瓦瓶中，繼續(xù)凍制。在凍制過程中為防止瓶頸處的冰生長過快，漲裂瓶頸，可以再瓶頸四周纏繞低電壓小功率的加圈（一般36V，不超過20W）或者及時用自來水沖洗瓶頸，使冰套與玻璃容器內(nèi)壁分離。在凍制過程中，也要防止出現(xiàn)冰橋，及時融化冰橋。

（三）水三相點瓶冰鹽混合物凍制法
    冰鹽混合物凍制法是將經(jīng)預(yù)冷的水三相點瓶置于有雪花狀冰或碎冰的冰槽（如杜瓦瓶等）中。用冰屑或黃豆大小的冰粒，以3:1比例的冰、鹽混合物（一般可達-10℃左右）加入水三相點瓶溫度計插管內(nèi)，視其融化情況不斷加入冰鹽混合物并吸出溫度計插管內(nèi)融化的水。凍制過程中可用細玻璃棒等插入溫度計插管，將冰鹽混合物壓入所需凍制部位。當溫度計插管周圍形成厚度1-2cm、表面光滑、質(zhì)地均勻的冰套為止。凍制結(jié)束后，應(yīng)用經(jīng)預(yù)冷的純水把溫度計插管沖洗干凈。稍用力旋轉(zhuǎn)水三相點瓶，讓冰套圍繞插管旋轉(zhuǎn)。水三相點瓶冰鹽混合物凍制法成本較低，相對比較安全，但操作比較繁瑣。

（四）水三相點瓶干冰凍制法
    水三相點瓶干冰凍制法是將粉末狀的干冰（固體二氧化碳）加入經(jīng)預(yù)冷的水三相點瓶溫度計插管中，一直填充到與三相點瓶中的水面平齊，再加入少量酒精作為熱交換介質(zhì)，并輕敲擊容器外殼。當干冰升華時，不斷地加入干冰和酒精，以增加熱交換，減低溫度。大約1-2小時后，可使插管周圍形成均勻冰套。此時，應(yīng)停止往管內(nèi)加干冰，待插管內(nèi)干冰*升華后，用經(jīng)預(yù)冷的純水把溫度計插管沖洗干凈。稍用力旋轉(zhuǎn)水三相點瓶，讓冰套圍繞插管旋轉(zhuǎn)。水三相點瓶干冰凍制法效率較高、成本較低，但操作繁瑣，容易發(fā)生凍傷，對操作者有一定危險性。