[发明专利]一种用于教学的氢氧同位素分馏实验装置及使用方法

权利要求书

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；

冷凝单元包括通过输送管依次串联的第一冷凝管、第二冷凝管和第三冷凝管；由蒸发单元来的气态水首先进入第一冷凝管的入口，并在第一冷凝管内初步冷凝，再依次进入第二冷凝管和第三冷凝管中进一步冷凝，成为液态水，液态水通过输送管进入降落单元；第一冷凝管安装在烧瓶的斜上方0.3米处，第二冷凝管安装在第一冷凝管的斜上方0.5米处，第三冷凝管安装在第二冷凝管的下方0.3米处，三个冷凝管通过空间布置模拟大气水上升-凝结-降落的过程；每个冷凝管均通过第一取样管连接取样试管，对模拟大气水的不同阶段进行取样，第一取样管插入冷凝管出口端；在第一取样管上设有控制取样的取样开关；每个冷凝管上均设有气体逸出管路，气体逸出管路一端连接冷凝管的出口侧，另一端设置气体逸出泡；气体逸出管路连接在冷凝管的顶部，气体逸出泡具有容纳腔，冷凝管内部通路为“8”字形结构；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；

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；

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；

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；

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。

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，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。

3.一种权利要求1~2任一项所述的用于教学的氢氧同位素分馏实验装置的使用方法，其特征是，包括，

步骤一：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；

步骤二：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；

步骤三：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；

步骤四：经过设定时间后，从步骤二、步骤三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；

步骤五：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。