一种用于教学的氢氧同位素分馏实验装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了分馏实验装置技术领域的一种用于教学的氢氧同位素分馏实验装置及使用方法，旨在解决现有技术中氢氧同位素分馏的实验装置不能模拟地球水循环过程的技术问题，蒸发单元加热试样使其蒸发为气态，气态试样在冷凝单元凝结成液态并通过输送管输送至降落单元，降落单元模拟液态试样的多种降落环境；蒸发单元、冷凝单元和降落单元构成地球水循环的过程，取样单元在地球水循环的过程中的不同阶段进行取样，本发明专利技术通过设置蒸发单元、冷凝单元、降落单元等模拟地球水循环的整个过程，通过取样单元对地球水循环过程的各个阶段进行取样，获取较为准确的实验数据，且可以直观展现地球水循环的整个过程及氢氧同位素在地球水循环过程中的时空变化。

【技术实现步骤摘要】
一种用于教学的氢氧同位素分馏实验装置及使用方法
本专利技术属于分馏实验装置
，具体涉及一种用于教学的氢氧同位素分馏实验装置及使用方法。
技术介绍
同位素分馏是指由于同位素质量不同，因此在物理、化学及生物化学作用过程中，一种元素的不同同位素在两种或两种以上物质(物相)之间的分配具有不同的同位素比值的现象。大气水或雨水，是指新近参加大气循环的雨、雪、河、湖、地下水等一类水的总称。水是由氢、氧元素组成，自然界氢有H(氕)，D(氘)和极微量的T(氚)三种同位素，氢同位素相对质量差最大，同位素分馏也最明显。氧有16O，17O，18O三种稳定同位素。降水是自然界水循环过程中的一个重要环节，在实现海水—大气水—降水的相变过程中，氘-氧同位素之间的内在关系，降水同位素受气候、地理因素影响，具有明显的时空变化，并且与云团凝结温度、降雨量、高程等地理因素等有关。水的蒸发、凝结是大气降水氢氧稳定同位素分馏的直接过程，也是造成不同水体同位素组成差异的重要原因。以往氢氧同位素分馏实验往往较为简单并多为科研过程设计。缺少模拟地球水循环过程中的同位素分馏的过程实验装置，因此也不能让学生获取有效的数据及图像表示氢氧同位素分馏效应的结果，不能清晰的展示水循环过程的氢氧同位素分馏效应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于教学的氢氧同位素分馏实验装置及使用方法，以解决现有技术中氢氧同位素分馏的实验装置不能模拟地球水循环过程的技术问题。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种用于教学的氢氧同位素分馏实验装置，包括蒸发单元、冷凝单元、降落单元和取样单元，所述蒸发单元加热试样使其蒸发为气态，气态试样沿输送管进入所述冷凝单元，气态试样在冷凝单元凝结成液态并通过输送管输送至所述降落单元，所述降落单元模拟液态试样的多种降落环境；所述蒸发单元、冷凝单元和降落单元构成地球水循环的过程，所述取样单元在地球水循环的过程中的不同阶段进行取样。进一步地，所述降落单元包括模拟土壤装置，所述模拟土壤装置包括玻璃柱，所述玻璃柱的入口通过输送管连接所述冷凝单元，所述玻璃柱的侧面设有多个第二取样管，所述第二取样管的一端埋藏在所述玻璃柱内部的土壤剖面中，另一端位于玻璃柱的外侧且设有取样阀。进一步地，与所述玻璃柱的入口连接的输送管上安装有第三控制阀，所述第三控制阀连接第二控制阀的出口，所述第二控制阀的入口连接所述冷凝单元。进一步地，所述降落单元包括模拟湖泊水装置，所述模拟湖泊水装置包括湖泊水试管，所述湖泊水试管的入口通过输送管连接所述冷凝单元。进一步地，与所述湖泊水试管的入口连接的输送管上安装有第四控制阀，所述第四控制阀连接第二控制阀的出口，所述第二控制阀的入口连接所述冷凝单元。进一步地，所述冷凝单元包括通过输送管依次串联的多个冷凝管，每个所述冷凝管的安装高度均不同，所述冷凝管内部为“8”字形通路，每个所述冷凝管上均设有气体逸出管路，所述气体逸出管路的末端设有气体逸出泡。进一步地，每个所述冷凝管均通过第一取样管连接取样试管，每个所述第一取样管上安装有取样开关。进一步地，所述蒸发单元包括烧瓶和温控加热器，所述温控加热器对所述烧瓶加热；所述烧瓶通过输送管连接所述冷凝单元，所述烧瓶与所述冷凝单元连接的输送管上安装有第一控制阀。进一步地，还包括对比实验装置，包括对比烧瓶、温控加热器和对比模拟土壤装置，所述温控加热器对所述对比烧瓶加热；所述对比烧瓶通过对比输送管连接所述对比模拟土壤装置，所述对比模拟土壤装置包括对比玻璃柱，所述对比玻璃柱的入口通过对比输送管连接所述对比烧瓶，所述对比玻璃柱侧面设有多个对比取样管，所述对比取样管对应对比玻璃柱内部土壤剖面的不同土壤层，每个所述对比取样管上设有一个对比取样阀。一种前述用于教学的氢氧同位素分馏实验装置的使用方法，包括，在烧瓶内装入试样，打开温控加热器加热烧瓶，使烧瓶内的试样受热蒸发；打开第一控制阀，使蒸发为气态的试样进入冷凝单元，气态的试样在冷凝单元凝结成液态，分别打开与冷凝单元中的各冷凝管连接的取样开关，对各冷凝管分别取样，记录取样时间和取样位置；打开第二控制阀和第三控制阀，使凝结为液态的试样进入模拟土壤装置，打开第四控制阀，使凝结为液态的试样进入模拟湖泊水装置；通过模拟土壤装置的玻璃柱观察土壤剖面是否润湿，待土壤剖面润湿到水饱和后，打开与玻璃柱侧面连接的取样阀，对土壤的不同剖面进行取样，记录取样时间和取样位置；关闭第四控制阀，对模拟湖泊水装置进行取样，记录取样时间和取样位置；经过设定时间后，从前述步骤中的取样位置处再次进行取样，并记录取样时间和取样位置，获取多组样品；检测获取的多组样品中H-O同位素的组成，并以基于维也纳平均海水为标准的千分值表示，整理数据，得出在地球水循环过程中氢氧同位素的变化规律。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：(1)本专利技术通过设置蒸发单元、冷凝单元、降落单元等模拟地球水循环的整个过程，通过取样单元对地球水循环过程的各个阶段进行取样，获取较为准确的实验数据，且可以直观展现地球水循环的整个过程及氢氧同位素在地球水循环过程中的时空变化；(2)本专利技术通过设置不同安装高度的冷凝管、模拟土壤装置和模拟湖泊水装置，展现了氢氧同位素受空间、环境影响后的变化；(3)本专利技术通过设计冷凝管，加强冷凝效果，提高实验效率，同时在冷凝管上设置气体逸出管路和气体逸出泡，将轻氢氧同位素逸出，同时可以排出不凝气，调节系统内部压力，保护实验安全；(4)本专利技术中采样单元为多位置采样，可以获取地球水循环全过程中的样品数据，具有可靠的数据验证；(5)本专利技术的各功能单元中的装置均可以通过现有实验室器材进行组装，可操作性强，安装简易，实验成本低。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种用于教学的氢氧同位素分馏实验装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例中冷凝单元中冷凝管的结构示意图；图3是本专利技术实施例中对比实验装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。如图1所示，一种用于教学的氢氧同位素分馏实验装置，包括蒸发单元Ⅰ、冷凝单元Ⅱ、降落单元Ⅲ和取样单元，蒸发单元Ⅰ加热试样使其蒸发为气态，气态试样沿输送管进入冷凝单元Ⅱ，气态试样在冷凝单元Ⅱ凝结成液态并通过输送管输送至降落单元Ⅲ，降落单元Ⅲ模拟液态试样的多种降落环境；蒸发单元Ⅰ、冷凝单元Ⅱ和降落单元Ⅲ构成地球水循环的过程，取样单元在地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于教学的氢氧同位素分馏实验装置，其特征是，包括蒸发单元、冷凝单元、降落单元和取样单元，所述蒸发单元加热试样使其蒸发为气态，气态试样沿输送管进入所述冷凝单元，气态试样在所述冷凝单元凝结成液态并通过输送管输送至所述降落单元，所述降落单元模拟液态试样的多种降落环境；所述蒸发单元、冷凝单元和降落单元构成地球水循环的过程，所述取样单元在地球水循环的过程中的不同阶段进行取样。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于教学的氢氧同位素分馏实验装置，其特征是，包括蒸发单元、冷凝单元、降落单元和取样单元，所述蒸发单元加热试样使其蒸发为气态，气态试样沿输送管进入所述冷凝单元，气态试样在所述冷凝单元凝结成液态并通过输送管输送至所述降落单元，所述降落单元模拟液态试样的多种降落环境；所述蒸发单元、冷凝单元和降落单元构成地球水循环的过程，所述取样单元在地球水循环的过程中的不同阶段进行取样。


2.根据权利要求1所述的用于教学的氢氧同位素分馏实验装置，其特征是，所述降落单元包括模拟土壤装置，所述模拟土壤装置包括玻璃柱，所述玻璃柱的入口通过输送管连接所述冷凝单元，所述玻璃柱的侧面设有多个第二取样管，所述第二取样管的一端埋藏在所述玻璃柱内部的土壤剖面中，另一端位于玻璃柱的外侧且设有取样阀。


3.根据权利要求2所述的用于教学的氢氧同位素分馏实验装置，其特征是，与所述玻璃柱的入口连接的输送管上安装有第三控制阀，所述第三控制阀连接第二控制阀的出口，所述第二控制阀的入口连接所述冷凝单元。


4.根据权利要求1所述的用于教学的氢氧同位素分馏实验装置，其特征是，所述降落单元包括模拟湖泊水装置，所述模拟湖泊水装置包括湖泊水试管，所述湖泊水试管的入口通过输送管连接所述冷凝单元。


5.根据权利要求4所述的用于教学的氢氧同位素分馏实验装置，其特征是，与所述湖泊水试管的入口连接的输送管上安装有第四控制阀，所述第四控制阀连接第二控制阀的出口，所述第二控制阀的入口连接所述冷凝单元。


6.根据权利要求1所述的用于教学的氢氧同位素分馏实验装置，其特征是，所述冷凝单元包括通过输送管依次串联的多个冷凝管，每个所述冷凝管的安装高度均不同，所述冷凝管内部为“8”字形通路，每个所述冷凝管上均设有气体逸出管路，所述气体逸出管路的末端设有气体逸出泡。


7.根据权利要求6所述的用于教学的氢氧同位素分馏实验装置，其特征是，每个所述冷凝管均通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：茅昌平，杨张阳，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32