[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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于分馏实验装置技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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。