冷卻?。╟ooling bath）是一種通過(guò)調(diào)配液態(tài)混合物的冷凍劑提供和維持低溫環(huán)境的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，冷卻浴所能提供的溫度范圍通常為13至-196℃。它常用于需要在低于室溫下進(jìn)行的反應(yīng)和實(shí)驗(yàn)處理步驟，通常這些反應(yīng)和處理操作是放熱的或是會(huì)涉及熱不穩(wěn)定的中間體或產(chǎn)物。冷卻浴所用的冷卻劑包括干冰、液氮和碎冰塊，最常見的有三種：冰鹽浴，干冰溶劑浴和液氮溶劑浴。
兩種鹽及水（冰）組成的冷卻劑
一種鹽及水（冰）組成的冷卻劑
附表：干冰及液氮冷卻浴溫度
本文上述數(shù)據(jù)來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，大部分溫度沒有進(jìn)行實(shí)測(cè)，不準(zhǔn)確的請(qǐng)大家指出共同學(xué)習(xí)。
干冰的升華溫度是-78.5℃，但利用凝固點(diǎn)高于-78.5℃的溶劑做冷卻浴時(shí)，加入干冰的量不要太多，否則會(huì)將溶劑完全凍住，致使溫度降到更低。下面有個(gè)通用的冷卻浴制備方法更加實(shí)用。
上述表格中一些溶劑不好找，而且好多溶劑降到所需溫度后容易結(jié)塊（如乙腈），不能長(zhǎng)時(shí)間保持相應(yīng)溫度。利用下方文獻(xiàn)中提到的方法，使用不同配比的乙二醇和乙醇干冰浴，可得到從-12℃到-78℃的低溫浴。此方法可以長(zhǎng)時(shí)間保持溫度，只需要隔一段時(shí)間加入少量干冰保持溫度即可。
注意事項(xiàng)：制備冷卻浴過(guò)程中不要一次性加入大量干冰，否則會(huì)過(guò)冷結(jié)塊，溫度會(huì)直接降到干冰溫度（-78℃）。邊攪拌，邊緩慢加入干冰，直到混合溶劑變粘稠即可，而后再隔一段時(shí)間加入少量干冰保持溫度。
體積比和溫度曲線如下：
產(chǎn)生和維持低溫的方法
產(chǎn)生和維持低溫的方法主要有三種：冰鹽?。╥ce-salt baths）、干冰-溶劑?。╠ry ice-solvent baths）和液氮-雪泥?。╨iquid nitrogen slush baths）。
液氮雪泥浴
通過(guò)把液氮小心地加到不斷攪拌的某種有機(jī)溶劑中來(lái)調(diào)配呈冰激凌狀的液氮雪泥浴，同時(shí)用玻璃棒攪拌能避免液氮雪泥浴局部固化。液氮雪泥浴能實(shí)現(xiàn)的溫度范圍是從13至-196℃。一般在使用杜瓦瓶能達(dá)到較好保溫條件的情況下，液氮雪泥浴可維持?jǐn)?shù)個(gè)小時(shí)。但如果反應(yīng)需要維持更長(zhǎng)時(shí)間的低溫比如需要過(guò)夜反應(yīng)時(shí)，有必要使用制冷機(jī)、循環(huán)冷凝機(jī)或冰箱等機(jī)械制冷手段來(lái)維持長(zhǎng)時(shí)間的低溫。液氮雪泥浴特別適用于給反應(yīng)溶劑脫氣和減壓蒸餾時(shí)餾分的冷凝收集。
冰鹽冷卻浴
常壓下冰水混合物的溫度為0℃，將鹽的濃溶液與碎冰攪拌混合得到的由冰和鹽水構(gòu)成的冷卻浴能產(chǎn)生并維持低于0℃的溫度效果。改變鹽溶液的濃度能調(diào)節(jié)冷卻浴能維持的穩(wěn)態(tài)溫度，不同種類的鹽能實(shí)現(xiàn)的冷卻浴最低溫度也各不相同，實(shí)踐中能得到并維持的溫度范圍通常在0至-51℃之間。但是當(dāng)鹽溶液上升到一定濃度后，原先呈冰水混合物狀態(tài)的冰鹽冷卻浴會(huì)因達(dá)到共晶溫度（Eutectic temperature）而全部凝結(jié)形成顆粒狀的冰鹽粒子，這樣就使得浸沒在其中的實(shí)驗(yàn)裝置接觸導(dǎo)熱面積變小，不利于熱量的及時(shí)擴(kuò)散。
干冰溶劑冷卻浴
干冰即固體的二氧化碳有粒狀和棒狀的商品可供購(gòu)買，它與多種溶劑都能形成有良好冷卻效果的混合物。干冰溶劑浴的配制和維持方法簡(jiǎn)單可靠，一般是將粒狀的干冰一顆顆的小心加入到所需溶劑中直至有包覆著凍結(jié)溶劑的干冰塊出現(xiàn)為止，此時(shí)冷卻浴溫度已至所能達(dá)到的穩(wěn)態(tài)溫度（Steady state temperature），之后只需每間隔一定時(shí)間補(bǔ)充塊狀干冰并加以攪動(dòng)就能保持溫度；且干冰溶劑浴的溫度重現(xiàn)性較好，穩(wěn)態(tài)溫度的變化能控制在±1℃的幅度內(nèi)。
溶劑純度對(duì)干冰溶劑浴的影響較大。一個(gè)典型的例子就是使用分析純的乙腈調(diào)制的干冰乙腈浴穩(wěn)態(tài)溫度是-42°C，但當(dāng)分析純的乙腈中混有0-3%的丙烯腈時(shí)冷卻浴的穩(wěn)態(tài)溫度會(huì)從-42降至-51℃，而用工業(yè)級(jí)（Technical grade）乙腈調(diào)制的干冰乙腈浴穩(wěn)態(tài)溫度為-42℃，且這個(gè)溫度效果是可重復(fù)的。
配制干冰溶劑浴不僅可以使用單一的純?nèi)軇?，也可使用由兩種溶劑互溶后配制的混合溶劑，使用混合溶劑時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)兩種溶劑的比例來(lái)調(diào)節(jié)所需干冰溶劑浴的穩(wěn)態(tài)溫度，比如純的鄰二甲苯由于熔點(diǎn)只有-26℃，所以與干冰混合制成的冷卻浴穩(wěn)態(tài)溫度為-26℃且呈粘稠的淤泥狀，但使用鄰二甲苯和間二甲苯的混合溶液制作的干冰溶劑浴不僅粘度小，而且還可通過(guò)調(diào)節(jié)鄰二甲苯和間二甲苯的體積比來(lái)近似線性地調(diào)節(jié)冷卻浴的溫度，溫度的變化范圍從-26°C至-72℃；另一種可以使用的混合溶劑體系是由乙二醇和乙醇組成的，通過(guò)調(diào)節(jié)乙二醇和乙醇的比例能近似線性地調(diào)節(jié)溫度，配制的冷卻浴溫度變化范圍是從-12℃至-78℃，只需要定時(shí)補(bǔ)充部分干冰它就能可靠地維持恒定溫度至多5小時(shí)。
低溫丙酮浴
有朋友問(wèn)用干冰和丙酮混合物做低溫冷浴時(shí)，需要用個(gè)多大的容器來(lái)盛放干冰和丙酮呢?具體配比是多少，干冰的使用量多少與最后達(dá)到的溫度的關(guān)系是怎么樣的，低溫狀態(tài)能持續(xù)多久，多長(zhǎng)時(shí)間可以達(dá)到要求的低溫？干冰在實(shí)驗(yàn)中的使用方法及注意事項(xiàng)，下面小編就逐個(gè)解釋。
制作流程疑難點(diǎn)解答：
① 操作比較簡(jiǎn)單，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，用低溫溫度計(jì)監(jiān)測(cè)溫度，決定要加的干冰多少，沒有什么具體的配比量。
②先把丙酮慢慢加入，再將干冰一點(diǎn)一點(diǎn)的加入，剛開始反應(yīng)比較劇烈，所以不要加得太多，待反應(yīng)平穩(wěn)后，即可大量加入干冰，但也不用太多，保持在容器的底部有干冰即可。
③如果把干冰塞滿，直至沒有丙酮在干冰面上，這樣降溫效果較好，但是盛干冰及丙酮的容器能耐低溫且要做好保溫措施。
④到了負(fù)三十度的時(shí)候，要少加丙酮，要不然會(huì)降的很快。一邊加一邊攪，-78是成糊狀的干冰丙酮混合物。操作過(guò)程中自己把握，其實(shí)加得差不多就行，不要太糾結(jié)！
實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：
1.如果對(duì)溫度要求比較嚴(yán)格，可用低溫溫度計(jì)監(jiān)測(cè)，不過(guò)不要用水銀的。
2.一般丙酮少量，干冰需要過(guò)量，根據(jù)具體的低溫范圍，可適當(dāng)增加。
3.乙醇最好沒有水，因?yàn)橛兴脑?，熔點(diǎn)會(huì)提高，不利于降溫。
4.邊加邊攪拌，加丙酮和液氮或干冰要交替重復(fù)，只到你想要的量就可以了，這樣做可以防止結(jié)塊。
5.先在杜瓦瓶里倒點(diǎn)干冰或液氮，等瓶冷卻了往里倒點(diǎn)丙酮，你可以用溫度計(jì)量一下的，然后一點(diǎn)點(diǎn)慢慢倒制冷劑。
6.弄好了可以拿個(gè)東西把口蓋一下，這樣維持的時(shí)間會(huì)長(zhǎng)一點(diǎn)。
7.干冰儲(chǔ)存是在泡沫盒里就行，一般還是可以保存比較久只要密封性好。
8.找個(gè)小點(diǎn)的不銹鋼盆就行了，塑料或鐵容器也可，外面包上點(diǎn)石棉布，我用玻璃皿兩個(gè)，一大一小，套在一起，中間層塞上棉花做隔熱層。保溫的小桶，像開水瓶的那樣，能有專用的低溫浴槽效果更好，如果有杜瓦瓶的話就最好了，這樣可以省溶劑，不用頻繁地加干冰，比較方便。
9.干冰里面加了穩(wěn)定計(jì)，如果用這種干冰進(jìn)行反應(yīng)會(huì)有很大的影響。
10.記得帶手套別凍傷手，實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意防火，防凍和防爆。
低溫恒溫浴為什么采用干冰做的較多干冰自由升華所帶來(lái)的降溫效率低，把干冰和丙酮固液混合后能快速獲得穩(wěn)定持續(xù)的低溫。因此采用干冰加丙酮是做低溫反應(yīng)常用的方法。干冰比液氮優(yōu)勢(shì)就在于便宜、容易購(gòu)得、運(yùn)輸方便、安全，容易操作，用液氮和丙酮做冷浴，溫度不太穩(wěn)定，需不時(shí)地添加液氮，而用干冰丙酮?jiǎng)t是標(biāo)準(zhǔn)做法。如果容器不大的話，例如可以放下2L三口瓶的容器在10-15分鐘就可以降到負(fù)75度。
注意：干冰極易揮發(fā)，升華為無(wú)毒、無(wú)味的，比固體體積大600-800倍的氣體二氧化碳，所以干冰不能儲(chǔ)存于完全密封性體積的容器中，如塑料瓶，干冰與液體混裝很容易爆炸。
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