چرا از نقطه سه گانه آب به عنوان استاندارد استفاده می کنیم؟

آیا تا به حال درباره هزینه بالا و پیچیدگی استفاده از استانداردهای اولیه شنیده اید؟

آیا شنیده اید که یک استثناء وجود دارد و آن هم محفظه (سلول) نقطه سه گانه آب است؟

بهتر است بدانیم که هرگز استاندارد اولیه دیگری وجود نداشته است که مقرون به صرفه تر و یا از لحاظ به کارگیری ساده تر از سلول نقطه سه گانه آب (TPW) باشد. سلول های کالیبراسیون به عدم قطعیت گسترده ای در حدود 0.0001 درجه سانتی گراد و یا حتی بهتر دست یافته اند و هزینه آنها کمتر از 1100 دلار می باشد. هیچ معامله ای بهتر از این در داد و ستد کالیبراسیون دما وجود ندارد. نقاط ثابت (Fixed points) که گاهی اوقات استانداردهای ذاتی نیز نامیده می شوند، برای تعریف مقیاس بین المللی دما، منتشر شده در سال 1990 میلادی، به کار برده می شوند (ITS 90). نقطه ثابتی که به طور معمول و موثرتری نسبت به سایر نقاط مورد استفاده قرار می گیرد، نقطه سه گانه آب است. یک سلول نقطه سه گانه آب برای ایجاد یک تعادل دمایی بین سه حالت ممکن (مایع، جامد و گاز) از آب خالص مورد استفاده قرار می گیرد. این تعادل دمایی در واقع در دمای 273.16 درجه کلوین یا 0.01 درجه سانتی گراد رخ می دهد. اگر شما از SPRT ها استفاده می کنید، سلول نقطه سه گانه آب مهمترین نقطه ثابت شماست زیرا ITS90 معادله الحاقی یک SPRT را بر مبنای نرخ مقاومتی آن بصورت W(t)=R(t)/R(0.01°C) تعیین می کند، به همین منظور شما باید مقاومت SPRT خود را در نقطه سه گانه آب به طور متناوب اندازه گیری کنید. اندازه گیری مستقیم R(0.01°C) در یک سلول نقطه سه گانه آب اثر بیشتر خطاهایی که از ناپایداری SPRT ناشی می شود را کاهش می دهد. سلول TPW از یک ظرف استوانه ای از جنس شیشه بوروسیلیکات تشکیل شده است که از آب پر شده و دارای یک لوله داخلی می باشد که به عنوان غلاف ترمومتر عمل می کند. آب داخل سلول با خلوص بالا و بدون گاز بوده و دارای ترکیب ایزوتوپی از آب دریا می باشد. تعادل دمایی در فضای مشترک آب جامدی که اطراف ترمومتر را در بر گرفته است، اندازه گیری می شود. سلول های نقطه سه گانه آب تنها راه رسیدن به دمای مرجع نزدیک به صفر درجه سانتی گراد نیستند. پیشنهاد دیگر حمام های یخ می باشند که اگر به درستی استفاده شوند دمای 0/0 درجه سانتی گراد را تولید می کنند. حمام های یخ به صورت ریختن تکه های یخ در داخل بطری های دوجداره (Dewar flask) ساخته می شوند. عمق بطری می بایست 36 سانتی متر بوده و قطر آن 8 سانتی متر باشد. سطح خارجی بطری باید به وسیله ی نوعی نوار ضدآب پوشانده شده و سپس در داخل یک پوشش فلزی مناسب قرار داده شود. پس از آن تکه های یخ و آب تقطیر شده را داخل بطری می ریزیم و اجازه می دهیم تا به دمای ثابت برسند. برای کاهش افت و تغییر دما در راستای عمودی و یا شعاعی، آب مقطر باید تمام منافذ بین تکه های یخ را پر کند. قطر تکه های یخ می بایست بین 2 تا 5 میلی متر بوده و عاری از هرگونه آلودگی باشند. همانطور که در مراحل بالا ذکر شد، شرایط ساخت حمام های یخ به نسبت ساده بوده و همچنین مقرون به صرفه می باشند. البته حمام های یخ نیز دارای محدودیت هایی از قبیل: اختلاف دما در نقاط مختلف داخل حمام، مشکل بالقوه خلوص آب، مشکلات مربوطه به تکرارپذیری و مغایرت در ساختار منحصر به فرد می باشند. مشکلات ذکر شده در بکارگیری حمام های یخ منتج به استفاده از سلول نقطه سه گانه آب بر اساس ITS90 می شود. در واقع TPW ما را از مشکلات حمام های یخ مطلع می سازد. به خاطر وجود آب با خلوص بسیار بالا در یک سلول (محفظه) پوشیده (آب بند) شده امکان وجود هرگونه آلودگی خود به خود را از بین می برد. در واقع سلول بطور مجزا از فشار اتمسفری عمل می کند که ناگزیر شما را وادار می کند از تکنیک اپراتوری مناسبی استفاده کنید تا تعادل دمایی اتفاق بیافتد. سلول ها ظریف و حساس هستند و می بایست با احتیاط مورد استفاده قرار گیرند. اگر چه سلول ها ارزان قیمت بوده، اما در هنگام استفاده از لحاظ درستی اندازه گیری و تکرارپذیری بودن قابل اطمینان می باشند. طراحی سلول های جدید بصورتی است که دارای دهانه پهن تر در ابتدای طول داخل بوده و همچنین یک ضربه گیر پلاستیکی در پایه سلول اضافه گردیده است که مجموعا نقاط سه گانه آب را برای استفاده راحت تر و مناسب تر از قبل کرده است. سلول های نقطه سه گانه آب در واقع دستگاه های کالیبراسیون بنیادی برای تعداد زیادی از آزمایشگاه ها می باشند. ترمومترهای مقاومتی از جنس پلاتین نیاز به تعیین مقاومت در دمای 0.01 درجه سلسیوس دارند تا در معادلات خطی سازی عدد گذاری و لحاظ شود. بصورت دوره ای، نقطه سه گانه آب برای بررسی های میانی برای ترمومترهای مقاومتی به کار گرفته می شود. بطورکلی، اگر مقاومت در نقطه سه گانه آب تغییر نکرده باشد، نیازی به کالیبراسیون مجدد ترمومتر نیست. سازندگان سلول های TPW با اشکال و ابعاد مختلفی طراحی کرده اند تا از نظر طراحی، شکل و فرم و یا بکارگیری، مورد پسند تمام سلایق قرار گیرند.