オートクレーブ
加圧して反応を行うのには、以下のようなメリットがある。
ある溶媒を用いた反応をその溶媒の1気圧における沸点以上の温度で行いたい場合がある。この時、不活性ガスを用いて圧力をかければ沸点が上昇するので1気圧における沸点よりも高い温度で反応を行うことが可能になる。
気体との反応を行う場合、その反応速度は気体の溶媒中の濃度、すなわち溶解度が高いほど加速される。ヘンリーの法則の通り、気体の溶解度はその圧力が高いほど高くなるので高圧での反応が有利である。また気体を溶解させるには撹拌して気体の泡を溶液に抱きこませる方法が効率的である。そのため、単なる封管よりも撹拌装置を備えたオートクレーブの方が有利となる。
また加圧することによって平衡が生成系へ移動したり、反応が加速されたりすることがある。反応ギブズエネルギーの圧力による偏微分は反応による体積変化であるので、反応により体積が減少するような系では加圧により平衡が生成系側へと移動する。同様に活性化ギブズエネルギーの圧力による偏微分は遷移状態へ移行する際の体積変化であるので、コンパクトな遷移状態をとる必要がある反応、例えば環化反応では加圧により反応が加速される。
要は圧力釜である。簡単、少量の処理であれば料理用も利用可能である。
古典的なものは円筒形の缶体を持ち、上端に蓋があり、蓋には排気口、温度計、圧力計を備える。底には排水バルブがある。
底の排水バルブを閉めた状態で、これにまず水を入れ、その上に専用の籠に入れた培地などの試料を入れ、蓋を閉じて固定する。次に上の排気口を開け、加熱していくと、当初は排気口から空気が出てくるが、次第に湯気が噴き出すようになる。そこから内部に水蒸気が充満する頃合いを見計らって排気口を閉じる。その後温度と圧力に注意しながら加熱を続け、時間を見て加熱を止め、内容が十分に冷えた後に取り出す。加熱はガスバーナーによるのが普通であった。
現在では滅菌用オートクレーブ(装置)には電気式の比較的小型のものが用いられており、シーケンサやリレー回路、タイマー等の使用により、温度と時間を指定するだけで上記のような滅菌処理の一連の動作を自動的に実行する製品も普及している。オートクレーブ処理を適正な温度・圧力で行うためには、釜(加圧のための容器部分)の内部が飽和水蒸気で満たされている必要があり、空気が大量に残っていると圧力の上昇が遅くなって滅菌が正しく行われない。このため、加熱初期には釜に取り付けられたバルブが開いた状態で空気を逃がし、90 °Cを超える頃に自動的にバルブが閉じて釜が密閉され、温度と圧力が上がる仕組みになっているものが多い。
なお、理科教育振興法に定められた設備にはオートクレーブも含まれているため、高等学校の理科室(生物室)にはオートクレーブがある。