Прежде чем начать: безопасность при работе с жидким азотом
Жидкий азот кипит при −196 °C при атмосферном давлении. Попав на кожу, он вызывает тяжёлое обморожение, а брызги в глаза опасны потерей зрения. Кроме того, при испарении азот расширяется примерно в семьсот раз, поэтому в закрытом небольшом помещении концентрация кислорода может упасть до опасного уровня, и человек теряет сознание без предупреждающих признаков.
Средства защиты и помещение
Минимальный набор: защитный экран для лица или плотно прилегающие очки, криогенные перчатки с широкой манжетой, закрытая обувь, фартук или халат без карманов, куда может попасть жидкость. Помещение, где хранят и переливают азот, должно проветриваться; при хранении больших объёмов желателен датчик кислорода. Лифт и тесные кабины для перемещения сосуда вместе с людьми не используют: при утечке азота кислород в замкнутом объёме быстро вытесняется.
Правила обращения с пробкой
Пробка сосуда Дьюара не герметична: через неё выходят пары азота. Если закрыть горловину глухой крышкой, давление вырастет, и сосуд может разрушиться. Поэтому используйте только штатную пробку с отверстием и не заменяйте её самодельной.
Первая заливка азота и пополнение
У нового или давно простоявшего сосуда внутренняя колба имеет комнатную температуру. Если сразу залить много азота, он бурно закипит, разбрызгается, а перепад температур создаст напряжения в стенках. Поэтому заливка идёт в несколько этапов.
Порядок первой заливки
Сначала в сосуд вливают небольшое количество азота — на дно, примерно до пятой части объёма — и ждут, пока бурное кипение стихнет. Затем доливают порциями, каждый раз дожидаясь спада кипения. У больших сосудов, например КАДАММ СД175 объёмом 175 л, предварительное охлаждение занимает заметное время и требует нескольких заливок. Сразу после первой заливки уровень азота падает быстрее, чем потом: колба и изоляция ещё остывают, и это нормально.
Чем заливать
Малые сосуды заливают из другого, более крупного сосуда через воронку или переливное устройство. Для больших объёмов используют криогенный сосуд под давлением: он выдаёт азот через шланг при рабочем давлении 0,05 МПа, например КАДАММ СДН50. Принцип работы такого сосуда описан в статье «Криогенные сосуды под давлением: как работает самонаддув и выдача азота». При заливке через шланг его конец удерживают неподвижно, а сам процесс не оставляют без присмотра.
Рис. 1. Порядок первой заливки азота в сосуд Дьюара.
Как пользоваться сосудом Дьюара в повседневной работе
Вопрос «как пользоваться сосудом Дьюара» сводится к нескольким привычкам, которые продлевают срок хранения азота и сохраняют образцы. Сосуд для хранения эксплуатируют на ровном полу, вдали от обогревателей и прямого солнца, без толчков и наклонов.
Открывание и доступ к образцам
Каждое открытие горловины сокращает срок хранения: тёплый воздух входит внутрь, а холодные пары выходят. Поэтому образцы вынимают быстро, заранее зная, из какой канистры и с какого уровня они нужны. Канистру поднимают только до верхней части горловины, чтобы образцы оставались в парах азота, и опускают обратно сразу после взятия пробы. Журнал расположения образцов позволяет не держать канистру в воздухе дольше необходимого.
Контроль уровня
Уровень азота измеряют щупом — длинной палкой или линейкой из материала, стойкого к низкой температуре. Щуп опускают до дна, держат несколько секунд и вынимают: на нём остаётся ледяной налёт до границы жидкости. Измерение повторяют в одно и то же время, ведут журнал уровней и пополняют сосуд, пока образцы остаются полностью в азоте или в его парах. Подробнее о факторах, влияющих на расход азота, — в статье «Сколько хранится жидкий азот в сосуде Дьюара».
Что нельзя делать
Нельзя закрывать горловину глухо, ставить на крышку тяжёлые предметы, наклонять и кантовать сосуд для хранения, опускать в азот влажные предметы и пробирки без проверки на герметичность: жидкость, попавшая внутрь пробирки, при отогреве расширяется и может её разорвать. Нельзя оставлять в сосуде азот без присмотра, если вы покидаете помещение с затрудненной вентиляцией.
Как проверить сосуд Дьюара: вакуум и испарение
Вакуумная изоляция — главный элемент сосуда, и её потеря ведёт к резкому росту расхода азота. Вопрос «как проверить сосуд Дьюара» не требует вакуумметра: большинство нарушений заметно по косвенным признакам.
Контроль по суточному расходу
Самый надёжный метод — измерить убыль азота за сутки при закрытом сосуде и сравнить с паспортным испарением. Для КАДАММ СД35 в зависимости от исполнения оно составляет 0,12–0,37 л/сут, для КАДАММ СД50 — 0,24–0,45 л/сут, для КАДАММ СД65 — 0,78 л/сут. Измерение лучше проводить через несколько суток после заливки, когда сосуд вышел на стационарный режим, и при отсутствии обращений к образцам. Если расход вдвое-втрое выше паспортного, вакуум, скорее всего, нарушен.
Внешние признаки
Иней или капли влаги на наружном кожухе, холодные пятна на боковой поверхности, шипение и повышенный выход паров из горловины — признаки того, что холод проникает сквозь изоляцию. Нормальный сосуд снаружи комнатной температуры, и только горловина слегка охлаждена. Сосуд с инеем на стенке нужно опустошить, отогреть и передать на ремонт или заменить; пользоваться им дальше невыгодно из-за расхода азота, а для образцов опасно.
Проверка механических повреждений
Осмотрите кожух на вмятины, горловину на трещины и пробку на целостность. Сильный удар по кожуху мог повредить подвеску внутренней колбы, даже если снаружи следов нет. Если сосуд упал, проверьте расход азота в следующие дни особенно внимательно. Конструкцию сосуда и назначение его узлов объясняет статья «Как устроен сосуд Дьюара».
Ведите для каждого сосуда журнал: дата, уровень, объём долитого азота, суточный расход, замечания. По журналу видно, как расход растёт со временем, и потерю вакуума можно заметить до того, как образцы окажутся под угрозой.
Промывка и дезинфекция сосуда
Промывку и дезинфекцию проводят, когда сосуд пустеет надолго, меняют тип образцов или есть риск загрязнения, например при разливе среды или разгерметизации пробирок. Эта операция требует полного отогрева.
Порядок операций
Сначала сливают остатки азота и дают сосуду отогреться до комнатной температуры при открытой горловине; ускорять отогрев горячей водой нельзя, так как перепад температур опасен для колбы. Затем внутреннюю полость протирают или промывают тёплой водой с мягким моющим средством, после чего обрабатывают дезинфицирующим раствором, разрешённым для вашей лаборатории, и ещё раз ополаскивают. Агрессивные растворители и абразивы не применяют: они повреждают поверхность колбы.
Просушка и хранение пустого сосуда
Сосуд сушат при открытой горловине до полного исчезновения влаги: остатки воды при новой заливке замёрзнут и могут заблокировать горловину. Хранят пустой сосуд с неплотно закрытой пробкой в сухом помещении. Канистры и штативы моют и дезинфицируют отдельно, а перед установкой полностью высушивают.
Как перевозить жидкий азот в сосуде Дьюара
Вопрос «как перевозить жидкий азот в сосуде Дьюара» важен для ветеринарных выездов, обмена образцами и доставки азота на площадку. Перевозка связана с двумя рисками: механическим повреждением сосуда и накоплением паров азота в замкнутом объёме.
Выбор сосуда для перевозки
Для перемещения берут транспортный сосуд с усиленным кожухом: КАДАММ СДТ10, КАДАММ СДТ35, КАДАММ СДТ50 и другие. Для пересылки образцов без свободной жидкости подходит сухой отгрузочный сосуд, например КАДАММ СДО3 или КАДАММ СДО10, у которых азот удерживается сорбентом, но срок хранения короткий — единицы и десятки суток. Сосуд для хранения возить не следует, поскольку его конструкция не рассчитана на тряску. Сравнение видов приведено в статье «Виды сосудов Дьюара».
Правила размещения в транспорте
Сосуд перевозят вертикально, надёжно закрепив ремнями или в упорах, чтобы он не падал и не смещался при торможении. Пробку не закрывают герметично. Сосуд размещают в грузовом отсеке, который проветривается, а не в кабине вместе с людьми: при утечке азота кислород в кабине вытесняется быстро. Перед выездом проверьте уровень азота и целостность пробки, а после доставки измерьте остаток.
Нормативные требования
Жидкий азот относится к опасным грузам, и его перевозка автомобильным транспортом по дорогам общего пользования регулируется правилами перевозки опасных грузов — ДОПОГ. Для небольших количеств в сосудах Дьюара требования мягче, чем для крупных ёмкостей, но точные условия зависят от объёма и маршрута; уточняйте их в службе охраны труда и у перевозчика. Вопросы документов и классификаторов при покупке сосудов разобраны в статье «ОКПД 2, ОКОФ и ГОСТ для сосуда Дьюара».
Типичные неисправности и что делать
| Признак | Вероятная причина | Что делать |
|---|---|---|
| Иней на наружном кожухе | Потеря вакуума | Опустошить сосуд, не использовать для хранения, передать на ремонт |
| Расход азота выше паспортного | Частое открывание или частичная потеря вакуума | Измерить расход при закрытом сосуде, при превышении проверить сосуд |
| Горловина обмерзает и пробка не вынимается | Влага в горловине | Дать пробке отогреться, не использовать нагрев и не вырывать |
| Шум и сильное кипение при заливке | Тёплая колба | Залить малую порцию и подождать, доливать порциями |
| Вмятины или трещины на кожухе | Механическое повреждение | Проверить расход в ближайшие дни, при росте заменить |
Если сосуд не подлежит ремонту, а образцы нужно хранить дальше, подберите замену по статье «Как выбрать сосуд Дьюара»; для старых моделей помогает материал «Аналоги сосудов Дьюара СДП, СДС, СК и Х-34Б».
Азот используют не только для хранения образцов: им охлаждают ловушки и подготовленные образцы перед лиофилизацией, о чём говорит статья «Лиофилизация бактерий, плазмы и биопрепаратов». Оборудование для работы с размороженными образцами мы описали в разделах боксов микробиологической безопасности и CO₂-инкубаторов.