冷却浴

在实验室化学实践中，冷却浴或冰浴是一种液体混合物，用于保持低温，通常在 13°C 和 −196°C 之间。 这些低温用于在蒸馏后收集液体，使用旋转蒸发器去除溶剂，或在室温以下进行化学反应（参见动力学控制）。

冷却浴通常是以下两种类型之一：(a) 冷流体（特别是液氮、水，甚至空气）——但最常见的术语是指 (b) 三种成分的混合物：(1) 冷却剂 （如干冰或冰）； (2)液体载体(如液态水、乙二醇、丙酮等)，在浴槽和容器之间传递热量； (3) 降低固/液体系熔点的添加剂。

一个熟悉的例子是使用冰/岩盐混合物来冷冻冰淇淋。 加盐会降低水的结冰温度，从而降低只有冰才能达到的最低温度。

混合溶剂会产生凝固点可变的冷却浴。 通过将冷却剂放入乙二醇和乙醇的混合物中，可以将温度保持在大约 -78 °C 和 -17 °C 之间，而甲醇和水的混合物跨越 -128 °C 到 0 °C 的温度范围。 干冰在 −78 °C 时升华，而液氮用于更冷的水浴。

随着水或乙二醇从混合物中冻结，乙醇/甲醇的浓度增加。 这导致了一个新的、更低的凝固点。 使用干冰，这些浴液永远不会冻结固体，因为纯甲醇和乙醇都冻结在 −78 °C 以下（分别为 −98 °C 和 −114 °C）。

相对于传统的冷却浴，溶剂混合物适用于很宽的温度范围。 此外，所需的溶剂比传统浴中使用的溶剂更便宜且毒性更小。

冰水浴会将温度保持在 0°C，因为水的熔点为 0°C。 但是，添加盐（例如氯化钠）会通过降低凝固点的特性来降低温度。 虽然精确的温度很难控制，但盐与冰的重量比会影响温度：

• 半水氯化钙与冰的质量比为 1:2.5 时，可达到 -10 °C。
• 氯化钠与冰的质量比为 1:3 时，可达到 -20 °C。

由于干冰会在 −78 °C 升华，因此丙酮/干冰等混合物将保持 −78 °C。 此外，溶液不会冻结，因为丙酮需要大约 −93 °C 的温度才能开始冻结。 因此，其他具有较低凝固点的液体（戊烷：-95 °C，异丙醇：-89 °C）也可用于将浴液保持在-78 °C。

为了将温度保持在 −77 °C 以上，必须使用凝固点高于 −77 °C 的溶剂。 将干冰加入乙腈中后，水浴将开始冷却。 一旦温度达到 −41 °C，乙腈就会冻结。 因此，必须缓慢加入干冰，以免冻结整个混合物。 在这些情况下，-55 °C 的浴温可以通过选择具有相似凝固点的溶剂（正辛烷在 -56 °C 凝固）来实现。

液氮浴遵循与干冰浴相同的理念。 通过将液氮缓慢添加到乙醇中直到它开始冻结（在 -116 °C 下），可以维持 -115 °C 的温度。

在水浴和冰浴中，自来水由于易于获取且使用超纯水的成本较高而普遍使用。 然而，自来水和从自来水中提取的冰可能会污染生物和化学样品。 这创造了许多绝缘设备，旨在在不使用水或冰的情况下产生与冰浴类似的冷却或冷冻效果。

美国化学学会指出，用于冷却浴的理想有机溶剂具有以下特性：

• 无毒蒸气。
• 低粘度。
• 不可燃性。
• 低波动性。
• 合适的冰点。

在某些情况下，简单的替换可以在降低风险的同时提供几乎相同的结果。 例如，在 2-丙醇中使用干冰而不是丙酮产生几乎相同的温度，但避免了丙酮的挥发性。