4种不同水源的水三相点容器的比对

　　1　引　言

　　水三相点是热力学温度的唯一参照点,也是ITS-90国际温标重要的定义固定点[1]。因此,在温度测量、温度量值的准确传递中发挥着重要作用。水三相点温度取决于水三相点容器内水的氢氧同位素的组成,故ITS-90国际温标补充资料要求容器内的水应具有很高的纯度,且含有与天然海洋水相同的同位素成分[2]。

　　然而,多数国家并未采用海洋水而多采用淡水来制作水三相点容器。此外,淡水的同位素组成也随其所处的纬度、经度及季节的不同存在明显的差异。如海洋水中每mol的1H中含有0·16 mmol的2H;每mol的16O中约含有0·4mmol的17O和2mmol的18O;且天然水中,海洋水所含重同位素的比例也最高。而大陆表面的水,通常每mol的1H中含有约0·15 mmol的2H;极地水或冰川融雪每mol的1H中含有的2H少到0·1 mmol。研究表明,水三相点温度值随着氢、氧重同位素含量的减少而降低。纯的轻水(1H216O)的水三相点温度比标准平均海水(Standard Mean Ocean Water,简称SMOW)的水三相点低1·2 mK[3],而标准平均海水各同位素的含量如表1所示。水源不同,水中氢氧同位素的组成不同,则不同水源的水三相点容器复现的水三相点温度值将存在差异。

　　近几年来,氢氧同位素对水三相点温度的影响引起人们更多的关注[3~5]。尤其是在CCT-K7水三相点容器国际关键比对中,新西兰的国家实验室(MSL)采用了氢氧同位素修正,导致其国家基准水三相点值比关键比对参考值偏高117μK,无法进入关键比对等效线[6]。同时,温度咨询委员会(CCT)并未推荐国家实验室采用统一的公式来修正同位素引起的偏差,且多数国家实验室也未开展此方面的研究工作。

　　鉴于上述原因,为了减小不同国家实验室复现水三相点的系统偏差,CCT建议各国家实验室开展水源对水三相点温度的研究,并希望能重新定义热力学温度单位———开尔文。

　　作为CCT中的一员,中国计量科学研究院(NIM)也积极响应CCT的建议,开展了4种不同水源(两种天然海洋水、北京的去离子水、杭州的纯净水)对水三相点温度影响的实验研究。在此基础上,将通过新西兰氢氧同位素测量的权威机构(RafterStable Isotope Laboratory)对水中氢氧同位素进行准确测定,并进一步开展其对水三相点温度影响的理论、实验研究以及同位素修正方法的研究。

　　2　水三相点容器及其保温装置

　　7个水三相点容器与参加CCT-K7水三相点容器国际关键比对容器的研制工艺[7]相同,玻璃材料也相同,其结构、尺寸都如图1所示。CCT-K7国际关键比对已表明:NIM水三相点容器复现的水三相点值比关键比对参考值偏高仅为11μK,达到国际先进水平。因此,这7个容器也能满足CCT-K7水三相点国际关键比对中容器选择标准[8]:⑴容器内水中没有悬浮物;⑵当轻轻倒转容器时,听到尖锐的咔嗒声。容器中的水源及容器制作时间如表2所示,其中两种天然海洋水的相关参数如表3所示。