专利名称:一种碳同位素标记装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及植物同位素标记【技术领域】，提供了一种碳同位素标记装置，包括制冷单元和标记箱；所述制冷单元包括冰水桶、冷凝管和排水槽；所述冰水桶和冷凝管之间通过第一倒U形水管连接，且所述第一倒U形水管开口高的一端置于所述冰水桶内，开口低的一端置于所述冷凝管内；所述冷凝管和排水槽之间通过第二U形水管连接，且所述第二U形水管开口高的一端置于所述冷凝管内，开口低的一端置于所述排水槽内；所述冷凝管位于标记箱内，所述冰水桶和排水槽位于所述标记箱外。所述碳同位素标记装置的制冷单元利用虹吸原理使得冰水桶内的水自动流入冷凝管，不需要通电就能实现标记箱内制冷，因此能适用于野外甚至草原没有供电设施的场合的植物标记。
【专利说明】一种碳同位素标记装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及植物同位素标记【技术领域】，尤其涉及一种碳同位素标记装置。
【背景技术】
[0002] 同位素，指的是具有相同质子数，不同中子数的同一元素的不同核素。同位素因其 稳定性的区别被分为放射性同位素和稳定同位素。前者较早应用于元素的示踪研宄，比较 著名的例子就是〃用于光合作用中氧气来源的研宄。近年来，后者以其操作要求较低、 安全方便等优势，在科学研宄中的应用逐渐兴起，并与分子生物学技术相结合，诞生了稳定 同位素探针技术（SIP)，用以研宄和描述元素通过生化作用生成生物大分子的过程，从而扩 大了同位素研宄的广度。
[0003] 对植物进行稳定碳同位素的饲喂，借助同位素的特点，能够对光合同化碳的转移、 转化进行示踪，可以将碳在植物体的运移、植物-土壤界面的转化以及碳在土壤中的固定 和转化过程的相关研宄引向深入。
[0004] Jenkinson于1960年最先设计了用14C同位素标记植物的装置，在密闭标记箱内 放置水培植物进行标记。此后，研宄者进行一些改进，如水培、盆栽植物的标记，并取得良好 的标记效果。但由于野外没有进行供电，实验条件不足，尤其是对草原上的植物来说，目前 还没有任何一种装置可以适用于其标记。
[0005] 有鉴于此，亟需提供一种适用于野外尤其是草原的碳同位素标记装置。 实用新型内容
[0006] (一）要解决的技术问题
[0007] 本实用新型的目的是提供一种碳同位素标记装置，并能适应野外甚至草原上的植 物标记。
[0008] (二）技术方案
[0009] 为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种碳同位素标记装置，包括制冷单 元和标记箱；所述制冷单元包括冰水桶、冷凝管和排水槽；所述冰水桶和冷凝管之间通过 第一倒U形水管连接，且所述第一倒U形水管开口高的一端置于所述冰水桶内，开口低的一 端置于所述冷凝管内；所述冷凝管和排水槽之间通过第二U形水管连接，且所述第二U形水 管开口高的一端置于所述冷凝管内，开口低的一端置于所述排水槽内；所述冷凝管位于标 记箱内，所述冰水桶和排水槽位于所述标记箱外。
[0010] 优选地，所述标记箱包括箱体和用于将所述箱体固定的箱体基座；所述箱体基座 的上端面具有槽，用于嵌入箱体，并通过注水形成密封；所述冷凝管位于所述箱体内部。
[0011] 优选地，所述冷凝管的数量为多个。
[0012] 优选地，包括CO2气体发生单元，所述CO 2气体发生单元包括储液瓶和反应瓶，所述 反应瓶位于所述箱体内部，所述储液瓶位于所述箱体的外部；所述储液瓶内的溶液通过导 管流进所述反应瓶，且所述导管上连接有流量控制阀。
[0013] 优选地，所述箱体内的对角处固定一对风扇，所述风扇外接蓄电池。
[0014] 优选地，所述槽为回形槽。
[0015] 优选地，所述箱体的材质为有机玻璃，且厚度为8mm，长X宽X高为 500mmX 500mmX1000mm。
[0016] 优选地，所述箱体基座的材质为钢，且底部尺寸为0. 5mX lm。
[0017] (三）有益效果
[0018] 本实用新型的技术方案具有以下优点：本实用新型的碳同位素标记装置，其制冷 单元利用虹吸原理使得冷却液从冰水桶进入到标记箱内的冷凝管内，同样利用虹吸原理从 冷凝管进入排水槽。该制冷单元不需要通电就能实现制冷，因此能适用于野外甚至草原没 有供电设施的场合的植物标记。
【附图说明】
[0019] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020] 图1是本实用新型的碳同位素标记装置的结构示意图；
[0021] 图2是本实用新型的箱体基座的结构不意图；
[0022] 图中：1、冰水桶；2、风扇；3、储液瓶；4、流量控制阀；5、反应瓶；6、冷凝管；7、箱 体；8、12V蓄电池；9、排水槽；10、箱体基座。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例 用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
[0024] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语"上"、"下"、"内"、"外"、"底"等指示 的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简 化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和 操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对重要性。以下结合具体实施例进行说明。
[0025] 本实施提供一种碳同位素标记装置，其结构请参见图1，包括标记箱、CO2气体发 生单元、制冷单元、气体混勾单元。
[0026] 其中，标记箱包括箱体7和用于将所述箱体7固定的箱体基座10 ;所述箱体基座 10上端面具有槽，如图2所述，所述槽用于嵌入标记箱的箱体7,并通过注水形成密封，以 防止外部空气和内部标记的气体混合。选定待标记的植物，可以但不局限于采用锤击的方 法将箱体基座10的下端埋进土壤中，并保证箱体基座10上端的槽露在土壤表面外。将箱 体7嵌入槽内，使得箱体7得以固定，然后在槽内注入水，从而形成水密封。当然只要不是 对植物光合有影响的挥发性液体，其他液体的密封也可以。本实施例中，由于箱体7为一个 方体，因此对应的槽为回形槽，但是应当理解的是箱体7的形状及其箱体基座10的形状都 不受实施例的局限。本实施例优选但不局限所述箱体7的材质为有机玻璃，且厚度为8_， 长/宽/高为50011111^50011111^1000111111;所述箱体基座10的底部尺寸为0.511^1111，其材质 为钢。需要说明的是，本实施例中槽也可以是独立于箱体基座10的一个密封槽构件，并采 用焊接的方式和箱体基座10连接。
[0027] 箱体7固定好以后，需要安装CO2气体发生单元。本实施例中，CO2气体发生单元 包括储液瓶3和反应瓶5,所述反应瓶5位于所述箱体7内部；所述储液瓶3内的溶液通过 导管流进所述反应瓶5,且所述导管上连接有流量控制阀4,其中，所述导管优选但不局限 于为塑料导管。本实施例中，储液瓶3内盛放同位素碳酸氢钠溶液，所述同位素碳酸氢钠溶 液经过导管流入反应瓶5内，和反应瓶5内的稀硫酸发生如下化学反应：
[0028] H2S04+2NaH13C03= Na 2S04+2H20+213C02；
[0029] 需要注意的是，反应瓶5中的稀硫酸最好相对同位素碳酸氢钠溶液过量，旨在保 证同位素二氧化碳用量的同时，提高同位素碳酸氢钠的利用率，节约实验成本。此外，如果 将稀硫酸放在储液瓶3内，并经过导管流入反应瓶5内，而反应瓶5内盛放同位素碳酸氢钠 溶液，此种情况并非绝对不可以，只是硫酸具有腐蚀性，即使被稀释后也可能会腐蚀导管。 当然储液瓶3和反应瓶5内不局限于盛放上述溶液，其他的能发生化学反应并产生二氧化 碳的溶液也应当包含在本申请中。
[0030] 由于在高温下，植物叶片发生萎蔫变形，禾本科也即草原植物卷缩更是严重，会影 响光合作用，因此需要对箱体7内部进行冷却。但是由于野外或者一些偏远的草原地区没 有供电，因此制冷单元不能采用传统的电驱动的制冷产品。有鉴于此，本实用新型提供一种 制冷单元，包括依次通过水管连接的冰水桶1、冷凝管6和排水槽9 ;且所述冰水桶1、冷凝 管6和排水槽9之间的连接满足虹吸原理，从而使得冰水桶1中的水经过冷凝管6自动流 入排水槽9内；所述冷凝管6位于标记箱内。实验表明，该制冷单元能够有效降低标记箱内 的温度达4-7°C。本实施例在标记箱设置三个冷凝管6,相对于一个冷凝管6而言，其不仅 冷却效果更好；而且由于冷凝管6上会凝结大量水珠，因此能更有效减少装置内壁起雾，保 证标记期间的光照。当然需要说的是，冷凝管6的数量不局限于3个。本实施例中，导管优 选但不局限为胶管。在对植物进行标记的过程中，要时刻关注冷却水的流量，保证冰水桶1 中水位，以免出现"断流"。并且一旦冰水桶1中的冰块融化，制冷效果会因此而降低，因此 适宜选择不连续的脉冲标记，与之相适应的加入硫酸应该坚持少量多次原则。需要强调的 是，此处"加入硫酸应该坚持少量多次"和上述"稀硫酸最好相对同位素碳酸氢钠溶液过量" 并不矛盾，因为上述的过量是相对反应瓶中的同位素碳酸氢钠而言。
[0031] 为了将上述0)2气体发生单元产生的气体混匀，本实施例中还提供气体混匀单元。 所述气体混匀单元包括一对设置在箱体7内部对角处的风扇2,所述风扇2外接12V蓄电 池，当然所述蓄电池不局限于12V这种。通过采用蓄电池驱动的风扇2,解决了野外没有供 电的问题。在风扇2的煽动下，箱体7内部形成对流，以混匀气体。
[0032] 以下采用本实用新型提供的碳同位素标记装置进行植物同位素标记实验：
[0033] Sl :实验前一天，选取长势良好、植株幼嫩的草地，将箱体基座10固定，将箱体基 座10内地表凋落物进行适度的清理，天气特别干旱时，需提前几天灌溉草地，保证植物处 于良好的生长状态。
[0034] S2 :对标记植物进行"饥饿"处理，具体为：将遮光木箱倒扣在箱体基座10上，植物 处于黑暗环境中，不进行光合作用。
[0035] S3 :对植物进行标记，连续标记和脉冲标记都可以，但是以脉冲标记为宜，具体为： 1)将反应瓶5中加入足量的稀硫酸，将箱体7的下缘嵌入箱体基座10上的槽内，则箱体7 倒扣在植物上方，并在槽中加水形成水封；2)连接上CO 2气体发生单元，并加入相关溶液， 使其发生化学反应，并产生标记的CO2气体；3)连接制冷单元：冰水桶1中放置预制冰块，注 满水，然后将其和冷凝管6连接，从而使得低温的水进入冷凝管6内，降低标记箱内的温度， 并最终通过导管流入排水槽9中；4)打开风扇2混匀内部气体。
[0036] 在对植物进行标记的过程中，要时刻关注冷却水的流量，保证冰水桶1中水位，以 免出现"断流"，并且一旦冰块融化，制冷效果会因此而降低。
[0037] 本实施例立足草原野外无供电的试验条件，自主设计了具备独特内部制冷单元、 气体混匀单元及密闭控制的碳同位素标记装置。实践证明，该装置适用于野外的实验环境， 达到了预期目标，并且一定程度上减少了实验材料损耗，节约成本。
[0038] 以上实施方式仅用于说明本实用新型，而非对本实用新型的限制。尽管参照实施 例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术 方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应 涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1. 一种碳同位素标记装置，其特征在于，包括制冷单元和标记箱；所述制冷单元包括 冰水桶、冷凝管和排水槽；所述冰水桶和冷凝管之间通过第一倒U形水管连接，且所述第一 倒U形水管开口高的一端置于所述冰水桶内，开口低的一端置于所述冷凝管内；所述冷凝 管和排水槽之间通过第二U形水管连接，且所述第二U形水管开口高的一端置于所述冷凝 管内，开口低的一端置于所述排水槽内；所述冷凝管位于标记箱内，所述冰水桶和排水槽位 于所述标记箱外。2. 根据权利要求1所述的碳同位素标记装置，其特征在于，所述标记箱包括箱体和用 于将所述箱体固定的箱体基座；所述箱体基座的上端面具有槽，用于嵌入箱体，并通过注水 形成密封；所述冷凝管位于所述箱体内部。3. 根据权利要求1所述的碳同位素标记装置，其特征在于，所述冷凝管的数量为多个。4. 根据权利要求2所述的碳同位素标记装置，其特征在于，包括CO 2气体发生单元，所 述CO2气体发生单元包括储液瓶和反应瓶，所述反应瓶位于所述箱体内部，所述储液瓶位于 所述箱体的外部；所述储液瓶内的溶液通过导管流进所述反应瓶，且所述导管上连接有流 量控制阀。5. 根据权利要求4所述的碳同位素标记装置，其特征在于，所述箱体内的对角处固定 一对风扇，所述风扇外接蓄电池。6. 根据权利要求2所述的碳同位素标记装置，其特征在于，所述槽为回形槽。7. 根据权利要求2所述的碳同位素标记装置，其特征在于，所述箱体的材质为有机玻 璃，且厚度为8謹，长X宽X高为500mm X 500mm X 1000mm 〇8. 根据权利要求2所述的碳同位素标记装置，其特征在于，所述箱体基座的材质为 钢，且底部尺寸为0. 5mX lm。
【文档编号】G01N33-00GK204269629SQ201420736248
【发明者】张英俊, 路文杰, 刘楠 [申请人]中国农业大学