DE1623033A1

DE1623033A1 - Vorrichtung zur Bestimmung der photosynthetischen Leistung und der Transpirationsrate von Pflanzen

Info

Publication number: DE1623033A1
Application number: DE19661623033
Authority: DE
Inventors: Heinz Walz; Koch Dr Werner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-02-24
Filing date: 1966-02-24
Publication date: 1970-03-26
Also published as: IL27425A; US3473022A; NL6702790A; CH461845A; AT278409B; FR1512188A; GB1138781A

Description

SIEMENS-S GHUCKERTWERKE Aktiengesellschaft

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Vorrichtung zur Bestimmung der photosynthetischen Leistung und der Tranapirationarate von Pflanzen.

JDie Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der photosynthetischen Leistung und der Transpirationsrate von Pflanzen durch Meβsung des COp-Gehaltes und der Feuchte von Gasen mit Hilfe von Ultrarotabsorptionsgeräten.

Kohlenstoffautotrophe Organismen synthetisieren aus Kohlendioxyd und Wasser unter Energiezufuhr Glucose. Das CO₂ nehmen sie gas-

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förmig aus der Atmosphäre auf. Sauerstoff wird bei der Synthese .frei und an die Atmosphäre abgegeben. Als Energiequelle dient im allgemeinen das' Sonnenlicht. Der Vorgang wird als Photosynthese bezeichnet.

Eine quantitative Untersuchung der Photosynthese erfolgt am besten mit gaaanaly.tisehen Methoden. Man kann die Gauerstoffausscheidung oder die C0_o-Aufnähme des Organismus in der Zeiteinheit bestimmen. Mit den bekannten Meßmethoden erhält man bei der Bestimmung der COp-Aufnahrae eine größere absolute Meßgenauigkeit. Zur Messung der C0_o-Aufnahme wird dem Organismus Luft zugeführt und diese nach erfolgtem Gaswechsel einem Ultrarotabsorptionagerät zur Bestimmung des COp-Gehaltes zugeleitet. Die COp-Aufnahrae des Organismus in der Zeiteinheit nimmt man als Maß für seine photosynthetische Leistung. Aus der gemessenen photosynthetischen Leistung lassen sich Rückschlüsse auf die Glucosebildung und den Energieumsatz im Organismus ziehen.

Die photosynthetische Leistung eines Organismus hängt von folgenden physikalischen Bedingungen ab:

Intensität und Wellenlänge des eingestrahlten Lichtes,

Temperatur,

COp-Konzentration in der Luft,

Wasserzustand der Pflanze, der unter anderem vom Wasserdampfgehalt der Luft abhängt,

Weite der Spaltöffnungen in der Epidermis als dem kurfristig veränderlichen biologischen Paktor.

Pur eine genaue Messung müssen diese Größen konstant gehalten werden,

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Andererseits wäre es wichtig, für einen Organismus beliebige Be-v dingungen simulieren zu können und dabei seine photosynthetische Leistung zu untersuchen. Solche Messungen können sowohl für theo_T retische Untersuchungen als auch aus praktischen Erwägungen heraus nötig sein. Z. B. hängen Ernte und Wachstum einer Pflanze von ihrer photosynthetisdhen Leistung ab. Eine Vorrichtung zur Bestimmung der photosynthetischen Leistung kann daher als Testgerät i'ür Pflanzen verwendet werden.

Ahnliche Folgerungen wie aus der Photosynthese können für Pflanzen f aus ihrer Transpiration gezogen werden. Die Transpirationsrate von Pflanzen hängt von der Wasserdampfspannung der Atmosphäre und von der Temperatur und der Luftbewegung als den wichtigsten physikalischen Außenfaktoren und von der durch die Pflanze geregelten Spaltöffnungsweite als biologischem Faktor ab. Für eine Messung der Transpirationsleistung unter verschiedenen Bedingungen, die ebenfalls mit Hilfe eines Ultrarotabsorptionsgerätes erfolgen kann, müssen diese Größen ebenfalls in bekannten Grenzen variiert oder konstant gehalten werden können.

Da eine Beurteilung der photosynthetischen Leistung unter ökologischen Gesichtspunkten eine Berücksichtigung desWasserverbrauchs verlangt und beide Vorgänge von den gleichen,Faktoren abhängen, ist eine gemeinsame Messung der-·photosynthetischen Leistung und der Transpirationsrate anzustreben. _f.

Bekannt ist es, diese Messungen mit Hilfe folgender Vorrichtung

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durchzuführen. Pflanzen werden in eine lichtdurchlässige Gaswechselkammer eingeschlossen. Aus der Kammer wird ein Luftstrom einem ersten Ultrarotabsorptionsgerät zur Wasserdampfbestimmung zugeführt. Nach der WasserdampfbeStimmung wird der Luftstrom mit einem Trockenmittel ausgetrocknet und danach in einem zweiten Ultrarotabsorptionngerät die COp-Bestimmung durchgeführt. Ohne die Austrocknung wären die Ergebnisse der CO2-BeStimmung verfälscht. Diese kann in Ultrarotabsorptionngeräten mit genauen Ergebnissen nur erfolgen, wenn der Wasserdampfgehalt gering und konstant ist, da sich die Absorptionsbanden von CO₉ und Wasser teilweise überlappen. Die Verwendung üblicher Trockenmittel konnte jedoch bisher nicht voll befriedigen. Es kann wegen der großen, mehr oder weniger adsorptiv wirkenden Oberfläche zu erheblichen Verzögerungen in der Anzeige kommen, was dann bei kurzfristigen Konzentrationsschwankungen zu einer Verschmierung des wahren Kurvenverlaufs führt. Wechselnde Temperaturen beeinflussen außerdem das Adsorptionsgleichgewicht des COp gegenüber den Trockenmitteln, dies kann zu einer Fehlanzeige führen.

y/eiterhin lassen sich bei der beschriebenen Vorrichtung Messungen nicht ohne weiteres auf den jeweiligen Standort beziehen. Da in der Gaswechselkammer die Wärmestrahlung der Pflanze nicht mehr abgeführt wird und sich außerdem die Luftfeuchtigkeit durch die Transpiration verändert, "bildet sich ein "Kammerklima" in der Gas- · wechselkaramer aus, das den Standortsbedingungen nicht mehr entspricht. So ist z. B. zwischen der Kammer- und der Standorttemperatur ein Unterschied bis zu 15° C möglich. , *'.

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Zur Abhilfe wurde vorgeschlagen, die Gaswechselkammer durch eine Absaugplatte zu ersetzen, auf der die lebenden Pflanzenteile aufl.iegen. Mit dieser Vorrichtung lassen sich jedoch nur Relativmessungen durchführen.

Bei einem anderen JForschlag kann die Gaswechselkammer aufgeklappt werden. Sie wird zur Messung nur kurzzeitig geschlossen, so daß sich ein eigenes Kammerklima, das merklich von dem Standortklima abweicht, nicht ausbilden kann. In dieser Kammer ist es ebenso wie mit der Absaugplatte nicht möglich, den Pflanzen beliebige Be- λ dingungen zu simulieren. "

Ebenfalls bekannt ist es, das Kammerklima zu regulieren. Zur Temperaturbeeinflussung in der Gaswechselkammer wurde Wasserkühlung, Kühlung mittels eines Kompressoraggregats oder Peltierkilhlung benützt. Bei dieser Vorrichtung führt nur die Kühlung mittels des Kompressor- oder mittels eines Peltieraggregats zu einer befriedigend genauen Temperaturregelung. Zu einer Messung im Freiland ist jedoch nur die peltiergekühlte Gaswechselkammer geeignet, da nur sie sich entsprechend handlich bauen läßt.

Zur Feuchteregulierung in der Kammer wurden bisher ausschließlich Trockenaggregate mit Tiockenmitteln angewendet. Dabei kann durch das Trockenaggregat die gesamte MeQluft vor ihrem Einströmen in die .Gaswechselkammer geleitet werden. Hierbei erhält man eine Kammerfeuchte, die von der Standortfeuchte stark abweicht. Es wurden auch Regelsysteme verwendet. Bei diesen wird entweder das Meßgas vor seinem Einströmen in die Kammer solange durch das Trockenmittel geleitet, bis sich die verlangte Kanunerfeuchte einstellt, oder es wird

ein· Teil der Luft aus der Kammer solang® in einen Teilkreislauf 0Q9813/0986 ,

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abgesaugt, dort ausgetrocknet und der Kammer wieder zugeführt, ' bis sich ebenfalls die gewünschte Kammerfeuchte einstellt. Hierbei ist jedoch die Feuchteregulierung «regen der bereits erwähnten Nachteile der Trockenmittel sehr träge und ungenau. Außerdem bedingt der Ersatz des verbrauchten Trockenmittels eine Unterbrechung der Messungen.

Zusammenfassend läßt sich daher folgende Aufgabe formulieren, wenn eine biologisch sinnvolle Messung der photosynthetischen

™ Leistung und eine gleichzeitige Bestimmung der Transpirationsrate beabsichtigt ist. In einer Gaswechselkammer soll entweder das Standortklima exakt nachgebildet oder ein beliebiges Klima für eine Pflanze simuliert werden können. Dazu i3t eine ¥ariation der physikalischen Bedingungen in der Kammer, insbesondere der Temperatur und der Feuchte innerhalb möglichst weiter Grenzen nötig. Das hierzu verwendete Hegelsystem muß möglichst ver— zögerungsfrei arbeiten. An dem aus der Kammer herausgeführten Meßgas muß sowohl der Feuchtegehalt als auch der CC^-Gehalt mit Hilfe der Ultrarotabsorptionstechnik unabhängig voneinander bestimmt werden können. Weiterhin muß die Vorrichtung zum Einsatz

sowohl im Freilarid, z. B. auf Bäumen als auch im Labor verwendbar sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Vereinigung folgender Merkmale gelöst:

a),Ein peltiergekühlter Feuchtigkeitsabscheider ist mit einer peltiergekühlten Gaswechselkammer, die zur Aufnahme von

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Tflanzen oder lebenden Pflanzenteilen dient, gasleitend verbunden, .

b) ein Teil der Wandung der Gaswechselkammer ist lichtdurchlässig,

c) es ist wenigstens ein Regler vorgesehen, mit dem die physikalischen Bedingungen in der Gaswechselkananer vorzugsweise Temperatur und Feuchte verzögerungsfrei variierbar sind,

d) die Gaswechselkammer ist gasleitend mit einem ersten Ultrarotabsorptionpgerät verbunden, in dem die Gasfeuchte bestimmt wird,

e) dieses Ultrarotabsorptionsgerät -ist gasleitend mit einem zweiten peltiergekühlten Feuchtigkeitsabscheider«:, und dieser mit einem zweiten Ultrarotabsorptionsgerät verbunden, in dem Φ r COp-Gehalt bestimmt wird.

Die Gaswechselkammer wird mittels eines.Peltierblockes gekühlt. In einem Peltierblock sind viele Thermoelemente so vereinigt _r daS Jeweils ihre kalten und warmen Lötstellen in einer Ebene, n^:imlich der Kalt- oder Warmseite des Peltierblockes liegen.

Vorzugsweise i?t die Gaswechselkammer so aufgebaut, daß ein Peltierblock thermisch leitend und elektrisch isoliert an seiner ',Varmseite mit belüfteten Kühlfahnen und an seiner Kaltseite mit einem Teil der Wandung des Gasweehselräumes verbunden ist. Der durchsichtige Teil der Wandung ist als abnehmbarer oder aufklappbarer, dicht verschließbarer Deckel ausgebildet. In den Gaswechsel raum münden zwei*Gasleitungen und in seiner Wandung sind mit Kitt verschließbare Einführungsöffnungen für lebende Pflanzenteile

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vorgesehen. In den Gaswechselraum können mit Fäden netzartig bespannte Rahmen in verschiedenen Abständen voneinander eingeschoben werden. Im Inneren des Gaswechselraumes ist ein Lüfterlaufrad vorgesehen und durch Leitblechstreifen wird der erzeugte Gasstrom über die mit dem Peltierblock verbundene Wandstelle geführt. Das Lüfterlaufrad kann durch einen kollektor- und schieifringiosen Wechselmotor angetrieben werden, der sich im Inneren ües Gaswechselraumes befindet. Bei dieser Anordnung kann die Drehzahl, mit der das Lüfterlaufrad läuft, nicht verändert

»werden. Um diese Drehzahlveränderung zu erreichen, kann das Lüfterlaufrad über eine Magnetkupplung mit einem Gleichstrommotor angetrieben werden, der sich außerhalb des Gaswechselraumes befindet. In der Wandung des Gaswechselraumes ist eine verschließbare Öffnung zur Einführung eines Windmessers vorgesehen. Im Gaswechselraum kann eine Photozelle zur Messung der Lichtintensität und ein Porometer zur Bestimmung der Spaltöffnungsweite angeordnet sein. Weiterhin ist eine Regeleinrichtung zur Steuerung der Temperatur in dem Gaswechselraum vorgesehen, mit einem strahlungsgeschützten Temperaturfühler im Gaswechselraum. Mit einer Einrichtung am ' lichtdurchlässigen Deckel der Gaswechselkammer kann dieser mit optischen Filtern abgedeckt werden. Die Kühlfahnen' an der Warmseite des Peltierblockes können mit Kühlwasserröhren und der Teil der Wandung des Gaswechselraumes, der mit dem Peltierblock verbunden ist, kann mit Kühlrippen versehen¹ sein, die in das Innere des Gaswechselraumes hineinragen. Diese Kühlwasserröhren sind mit einem peltiergekühlten Solekühlaggregat verbunden.

Um das Meßgas auf einen bestimmten Taupunkt abzukühlen, wird vor-

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zugsweise ein Feuchtigkeitsabscheider benutzt, bei dem ein Peltierblock thermisch leitend und elektrisch isoliert an seiner Warmseite mit belüfteten Kühlfahnen und an seiner Kaltseite mit einem als Wärmeaustauscher wirkenden Durchflußkühler verbunden ist. Im Durchflußkühler befindet sich wenigstens ein Strömungsweg, der zickzackförmig verläuft und so geführt ist, daß das Gas im Gegenstromprinzip zweimal über den Peltierblock geleitet wird. An der tiefsten Stelle des Strömungsweges ist ein Flüssigkeitssamraelbehälter mit Abzapfschraube vorgesehen. Mit einem Regler, der mit einem Temperaturfühler in jedem (f

Strömungsweg verbunden ist, kann der Taupunkt des Gases im Feuchtigkeitsabscheider gesteuert werden. Weiterhin kann das Temperaturregelsystem des ersten Feuchtigkeitsabscheiders proportional zu der Feuchte gesteuert werden, die für den Gaswechselraum vorgesehen ist. Dazu dient als Istwertgeber ein in dem Gaswechselraum angeordneter Feuchtefühler.

Für den Meßvorgang kann es vorteilhaft sein, den Gaswechsel mit dem gleichen Meßgas mehrmals durchzuführen und zu bestimmen. Ee ist daher vorgesehen, daß das letzte Ultrarotabsorptionsgerät mit dem ersten Feuchtigkeitsabscheider zu einem geschlossenen Kreislauf für das Meßgas verbunden· werden kann. Um zn vermeiden, daß sich der Taupunkt und damit die Feuchte des Meßgases beim Transport in den Gasleitungen verändert, die die einzelnen Einheiten der Vorrichtung verbinden, können diese Leitungen beheizt werd©n. Die Feuchtigkeitsabscheider und die Gaswechselkammer Bind so klein mad leicht gebaut» daß si© an jedem Standort be-

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sonders auch im Freiland verwendet werden können. Um die ültrarotabsorptionsgeräte voll auszunützen, ist ein Gasumschalter vor dem Ultrarotabsorptionsgerät vorgesehen, in dem die Wasserdampf bestimmung vollzogen wird. Über diesen Gasumschalter kann den Ultrarotabsorptionsgeräten Meßgas aus verschiedenen Gaswechselkammern zugeleitet werden.

Die beschriebene Vorrichtung entspricht den gestellten Forderungen. Mit ihr ist eine exakte, fehlerfreie Messung der photosynthetischen Leistung und der Transpirationsrate von Pflanzen durch Bestimmung des Wasserdampfgehaltes und des OOp-Gehaltes von Gasen möglich. Das Meßgas wird im zweiten Feuchtigkeitsabscheider bis zu einer geringen und konstanten Feuchte ausgetrocknet. Im zweiten Ultrarotabsorptionsgerät kann daher die COp-Gehaitabestimmung erfolgen, ohne daß das Resultat durch eine Überlappung der COp-Banden mit den Wasserdampfbanden gestört wird. Das Kammerklima kann mit den vorgesehenen Regeleinrichtungen beliebig variiert werden. Für Pflanzen können daher in der Kammer die Klimabedingungen in weiten Grenzen simuliert oder das Kammerklima kann dem Standortklima nachgebildet werden. Hierzu wird ein besonderes Verfahren benützt. Wird nämlich im ersten Feuchtigkeitsabscheider die Feuchte des Gases, das dem Gaswechselraum zugeleitet wird, so einreguliert, daß diese Feuchte der Standortfeuchte entspricht, so ist der Feuchtigkeitsgehalt des Gases in der Kammer höher als die Stan'iortfeuchte, da er noch durch die Transpiration der Pflanzen verändert wird. Der Taupunkt des ersten Feuchtigkeitsabscheiders wird daher so einreguliert, daß in der Kammer die Feuchte des zugeleiteten Gases plus der Feuchte _r die durch die Pflanzentranspiration erzeugt wird, die Stsmdortfsuchte ergibt.

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Hervorzuheben sind noch einige Vorteile, die aus dem besonderen Aufbau ier laswechselkammer und der Feuchtigkeitsabscheider renultieren»

In der Gaswechseikammer wird mit Hilfe des Lüfters und des Leitblechst reif ens für den Gasstrom verhindert, daß ein Temperaturgradient auftritt. Die Kammer ist dicht abgeschlossen, so daß eine Veränderung des Meßgases nur durch den Gaswechsel mit der Pflanze erfolgen kann. Aus diesem Grund ist auch der Einbau eines kollektor- und schleifrinp-losen Wechselstrommotors in den Gaswechselraum vorgesehen. Mittels des Jolekühlaggregates kann die Warmseite des Peltierblockes der Gaswechselkammer .gesondert gekühlt werden. Damit ist es möglich, Temperaturen unterhalb des Nullpunktes,bis zu -TO⁰ G in dem Gaswes.hselraum zu erhalten, andererseits ist durch Stromumkehr im Peltierblock eine Aufheizung des Gaswechselraumes möglich. Es können Temperaturen bis zu +50° C im Gaswechselraum verwirklicht werden.

Der Feuchtigkeitsabscheider besitzt lange Strömungswege, in denen das gesamte, durchströmende Gas auf den gewünschten Taupunkt abgekühlt wird. Da zum Austrocknen auch Taupunkte erreichbar sein müssen, die unterhalb des Nullpunktes liegen und da hierbei die Gefahr besteht, daß die Strömungswege zufrieren, sind mehrere, gleichgestaltete Strömungswege im Durchflußkühler vorgesehen. Die otrömungswege sind umschaltbar. Eine Unterbrechung der Messung beim Einfrieren eines Strömungsweges wird dadurch vermieden.

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Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielhaft anhand der Figuren 1 bis 6 näher erläutert. Die· bei dem Ausführungsbeispiel erreichte Temperaturkonstanz im Gaswechselraum beträgt i 0,5° C über mehrere Tage. Der Temperaturregelbereich liegt bei einer Außentemperatur von 25° C zwischen +15° C und +50° G. Mit Hilfe des Colekühlaggregates kann der Temperaturbereich bis unter den Nullpunkt erweitert werden. Der Taupunkt in den Feuchtigkeitsabscheidern kann auf 0,25° C genau eingestellt werden. Daraus resultiert eine Hegelgenauigkeit für die gewünschte Feuchte von

Figur 1 zeigt die Gesamtanordnung der Vorrichtung. Der erste Feuchtigkeitsabscheider 1 ist mittels einer Gasleitung 10 mit der Gasweehselkammer 2 verbunden. Mit dem Regler 6 kann die Temperatur in der Gaswechselkamraer gesteuert werden. Dabei überwacht ein Temperaturfühler in der Gaswechselkamraer den Temperaturverlauf. Durch den Regler wird jede Abweichung vom Sollwert verzögerungsfrei erfaßt und durch Änderung der Stromstärke in den Peltierblöcken wieder ausgeregelt. Mit dem Regler 7 ist die Feuchte in der Gaswechselkammer zu steuern. Als Istwertgeber dient ein auswechselbarer, elektrischer Feuchtefühler, der in die Gaswechselkammer eingebaut ist und mit dem entweder eine Relativ- oder eine Absolutmessung durchgeführt werden kann. Die gewünschte relative Feuchte kann man am Regler einstellen. Um den Temperaturregelbereich in der Gaswechselkammer bis unter den Nullpunkt zu verschieben, kann die Kammer mittels eines Solekühlaggregates 34 vorgekühlt werden. Das Meßgas wird über einen Gasumschalter 9» in den weitere Meßgas- ^:* leitungen 11 münden, dem ersten Ultrarotabsorptionsgerät 3 zuge-

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führt, in dem der Wasserdampfgehalt den Meßgases bestimmt wird, über dem zweiten Feuchtigkeitsabscheider 4, dessen Taupunkt durch 'den Regler O gesteuert werden kann, wird das Meßgas dem aweiten Ultrarotabsorptionsgerüt zur COp-Gehaltsbestimmung zugeführt. In dem zweiten Feuchtigkeitsabscheider 4. wird das Meßgas bis auf eine geringe und konstante Feuchte ausgetrocknet um die fehlerfreie COp-Bestimmung zu ermöglichen.

Die Figuren 2,3 und . 4 zeigen die Einzelheiten der Garnvechselkammer. Figur 2 ist ein Schnit't durch die Gaswechselkammer in der Linie II-II der Figur 3. Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Gaswechselkammer bei abgenommenem Deckel und einen Schnitt durch das Lüftermotorgehäuse. Die Figur 4 zeigt eine Teilansicht mit einem Schnitt durch die Magnetkupplung zwischen Lüfterlaufrad und dem Gleichstrommotor außerhalb des Gaswechselraumes.

Die Figur 2 zeigt den Peltierblock, dessen n- und p-leitende Halbleiterkörper 31 durch Kontaktbrücken 30 elektrisch leitend verbunden sind. Die eine Seite des Peltierblockes ist mit Kühlfahnen 12 verbunden. An diesen Kühlfahnen sind zusätzliche Kühlröhren vorgesehen und die Kühlfahnen werden durch einen Lüfter 33 belüftet. Die zweite Seite des Peltierblockes ist mit einen Teil der Wandung 13 des Gaswechselraumes 14 verbunden. An der Innenseite des Gaswechselraumes ragen Kühlfahnen 28 in den Gapwechselräum hinein. Der durchsichtige Deckel 15 ist abnehmbar oder bei einem anderen Ausführungsbeispiel aufklappbar. Mittals des Dichtungsringes 33 kann der Gaswechselraum hermetisch abgeschlossen werden. Durch die öffnungen 16 in der Wandung können lebende

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Pflanzenteile, z. B. Aste oier Blätter, in das Innere der Gaswechselkammer eingeführt werden. Die Öffnungen 16 werden mit
plastischem, chemisch neutralem Kitt verschlossen. In den Halterahmen 17, die mit ?äden netzartig bespannt sind, können die
Pflanzenteile fixiert v/erden. Es int vorgesehen, daß mehrere Haitegitter in verschiedenen Abständen voneinander in den Gaswechselraum eingeschoben werden können. Das Lüfterlaufrad 18 sorgt zusammen mit dem Leitblechstreifen 19 für die Luftumwälzung im Gaswechselraum,, Dabei wird der Luftstrom so geleitet, daß er Über die Kühlfahnen hinwegstreicht. Der Temperaturfühler 26 und der Feuchtefühler 29 befindet sich licht/beschützt hinter dem Leitblechstreifen. Mittels des Windmesser 25 kann die Geschwindigkeit des Luftstromes gemessen werden. Über die Öffnungen Ή wird schließlich das MeS-gas in .den Gaswechselraum ein und aus ihm herausgeleitet.

Die Figur 3 zeigt in der Draufsicht einen der Halterahmen 17. In dsm im Schnitt gezeigten Motorgehäuse 21 ist der kollektor- und sohl©ifringlose Wechselstrommotor 20 untergebracht. Die Verwendung eines solchen Motors im Gaswechselraum verhindert, daß durch
Kollektorfunken das Meßgas verändert wird. Allerdings tritt der Nachteil auf, daß die Drehzahl des Wechselstrommotors nicht veränderlich ist.

Das Lüfterlaufrad kann jedoch bei einer zweiten Ausführung über eine Magnetkupplung an einen drehzahlvariablen Gleichstrommotor angekuppelt werden, der sich außerhalb des Gaswechselraumes befindet. Die Figur. 4 zeigt eine solche Magnetkupplung 22, 23, mit der ein drehzahlvariabler Gleichstrommotor 24 das Lüfterlaufrad antreibt.

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jV.ittel^. dieser Verrichtung Ist es möglich, die Geschwindigkeit Acs in Gaswechreiraum erzeugten Luftstromes kontinuierlich zu verändern.

Die ?i fairem 5 und 6 zeigen die Einzelheiten des Feuchtigkeitsabscheiders. Im FIg¹Ur 5 Ist ein Schnitt durch den Feuchtigkeitsabscheider entlauf: der Linie V-V der Figur 6 dargestellt. Figur 6 zeip:t eine Braufsieht auf den Feuchtigkeitsabscheider bei abgenommenem Deckel.

In Figur S Ist wieder der Peltierblock 30, 31 an seiner einen Seite mit K^:ihlfahnen ^S verbunden, die mittels des Lüfters 45 gekühlt werden. Auf die andere Seite des Peltierbloekes ist ein Durchflußkühler aufgesetzt, ier aus einer Grundplatte 37, einem Mittelteil 36 und dem Deckel 38 feesteht. In die beiden gegenüberliegenden Seit en f j ^:i eben ies Mittelteiles 36 sind Kanüle 39, 4-0- für den Strömungsweg; elB#:efrast. Mittels der Dichtungsringe 44-, zwischen der Grundplatte 37 und dem Mittelteil und zwischem dem Deckel 3ö und dem Mittelteil, wird der Durchf luörauir. hermetisch abgeschlossen.

Die Draufslclät auf den Durchflußkühler in der Figur 6 zeigt den Eickzackförmlgen Verlauf "des Strömungsweges. Ein Teil 40 des Btrömungsweges verläuft an der Oberseite des Mittelteiles 36 zum FlüssigkeitssaiamefiLbehälter 41 und wird von dort in einem zweiten Teil ?Q des Ströixingsweges auf der Unterseite des Mittelteiles 36 zurückgeführt. Dadurch wird erreicht, daß der Strömungsweg möglichst lang 1st und daß das Gas im Gegenstromprinzip zweimal über den Peltierblock hinweggeleitet wird. Die Temperatur des Gases

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entspricht ao möglichst genau dem eingestellten Taupunkt und man erreicht die Eingangs erwähnte Genauigkeit in der Feuchteregelung Der Flüssigkeitssammslbehälter 41 kanu durch die Abzapfsehraube 42 entleert werden. Im Strömungsweg ist ein Temperaturfühler 43 vorgesehen.

Bei der durch die Zeiuhimftge?} "beschriebenen Ausführungsform des Flüssigkeitsabscheidörs ist nur ein Strömungsweg im Durchflußkühler vorgesehen. Vorteilhafter ist es, in den Durchflußkühler wenigstens einen zweiten, gleichartig verlaufenden Strömungsweg einzufrasen. Wenn der Taupunkt im Feuchtigkeitsabscheider unter 0° C liegt, besteht die Gefahr, daß der Strömungsweg zufriert. Es wäre dann eine Unterbrechung der Messung nötig, bis der Weg wieder aufgetaut ist. Diese Unterbrechung wird vermieden, wenn ein zweiter Strömungsweg vorhanden ist, auf dem umgeschaltet werden kann.

Abschließend sei erwähnt, daß die beschriebene Vorrichtung nicht nur zur Messung der photosynthetischen Leistung eingesetzt werden kann. Die Untersuchung von Dissimilätionsvorgängen, bei denen in Organismen organische Stoffe durch fermentativ gesteuerte Abbauprozesse zerlegt und CO₂ an die Atmosphäre abgegeben wird, kann ebenfalls durchgeführt werden. Um hierbei die Photosynthese auszuschließen, muß bei Dunkelheit experimentiert werden. Ein Maß für die Dissimilation erhält man aus der Anreicherung des Meßgases mit CO₂, die im Ultrarötabsorptionsgerät gemessen werden kann.

Zu erwähnen ist noch, daß sich der Feuchtigkeitsabscheider in Ver- ;i bindung mit einem Temperaturschreiber gut zur Eichung eines Ultra- _t

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rotabsorptionsgerätes für Wasserdampfmessungen eignet. Mit Hilfe dee"Reglers 8 kann Eiohgas mit definiertem Wasserdampf hergestellt werden« Batfei ist zu beachten, daß bei dem beschriebenen Feuchtigkeitsabscheider für kurzfristige Eiehmessungen die Konstanthaltung des Taupunktes besser als _:£ O»05° C ist.

21 Patentaneprüche
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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Bestimmung der photosynthetischen Leistung und der Transpirationsrate von Pflanzen durch Messung des COg-Gehaltes und der Feuchte von Gasen mit Hilfe von Ultrarotabsorptionsgeräten, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale*

a) ein peltiergekühlter Feuchtigkeitsabscheider (1) ist mit einer peltiergekühlten Gaswechselkammer (2), die zur Aufnahme yon Pflanzen oder lebenden Pflanzenteilen dient, gasleitend verbunden,

b) ein Teil der Wandung der Gaswechselkammer ist lichtdurchlässig,

c) es ist wenigstens ein Regler (6,7) vorgesehen, mit dem die physikalischen Bedingungen in der Gaswechselkammer vorzugsweise Temperatur und Feuchte verzögerungsfrei variierbar sind,

d) die Gaswechselkammer ist gasleitend mit einem ersten Ultrarotabsorptionsgerät (3) verbunden, in dem die Gasfeuchte bestimmt wird,

e) dieses Ultrarotabsorptionsgerät ist gasleitend mit einem zweiten peltiergekühlten Feuchtigkeitsabscheider (4) und dieeer mit einem zweiten Ultrarotabsorptionsgerät (5) verbunden, in dem der COp-Gehalt bestimmt wird.

2. Gekühlte Gaswechselkammer für eine Vorrichtung nach Anspruch 1·, dadurch gekennzeichnet, dafl *ein Peltierblock (30, 31) thermisch leitend und elektrisch isoliert an seiner Warmseite

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mit belüfteten KühifahneB (12) und an seioer Kaltseite mit * einem Teil der Y/andung" { 13 5 des Gasweehsslraums {14) verbunden ists bei der sier d&rolisichtige Teil der Wandung als abnehmbarer oder aufklappbarer, dicht verschließbarer Deckel ausgebildet ist. ·

?. Gekühlte Gaswechselkasaesi? nach Anspruch 2₉ dadurch gefcaan-ίίβ-lchnet, daß in den Gaswechsel raum (14) zwei Gasleitungen (10) münden und daß in seiner Wandung (13) mit Kitt verschließbare EinführungÖffnungen (16) für lebende Pflanzenteile vorgesehen aind.

4. Gekühlte Gaswechselkammer'.nach' einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit Fäden netzartig bespannte Rahmen (17) in verschiedenen Abständen voneinander in den Ganwechse!raum 14 eingeschoben werden können.

5. Gekühlte Gaswechselkammer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Gaswechselraums (14) ein Lüfterlaufrad (18) vorgesehen ist und daß durch Leitblechstreifen (19) der erzeugte Gasstrom über den mit dem Peltierblock verbundenen Teil der Wandung geführt wird.

ό. Gekühlte Gaswechselkammer nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das lufterlaufrad (18) durch einen kollektor- und schleifringlosen Wechselmotor (20) angetrieben wird, der sich im Inneren des Gaswechselraumes (14) befindet.

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7. Gekühlte Gaswechselkammer nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet _t- daß das Lüfterlaufrad (18) Über eine Magnetkupplung (22,23) mit einem Gleichstrommotor (24) angetrieben wird, der sich außerhalb des Gaswechselrauras (14) befindet und dessen Drehzahl-verändert werden kann»

8« Gekühlte Gasweoheelfcasime'r. nach einem der Ansprüche 2 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung (13) des Gas-■^ Wechselraums (14) eine verschließbare Öffnung zur Einführung eines Windmessers (25) vorgesehen ist.

9. Gekühlte Gaswechselkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Gaswechselraum eine Photozelle zur Messung der Lichtintensität und ein Porometer zur Bestimmung der Spaltöffnungsweite angeordnet sind.

10. Gekühlte Gaswechselkammer nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung (6) zur

w Steuerung der Temperatur in dem Gaswechselraum (14) vorgesehen ist, mit einem strahlungsgeschützten !Temperaturfühler (26) in dem Gaswechselraum und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um den lichtdurchlässigen Deckel (15) mit optischen Filtern abzudecken.

11. Gekühlte Gaswechselkammer nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfahnen (12) an der Warmseite des Peltierblocks (30,31) mit Kühlwasserrb'hren (27) versehen sind und daß der Teil der Wandung (13) des Gaswechsel-

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raumss (14}₉ der mit dea Esltiesrtslook verbunden ist, ait .Kühlrippe» (28) versehen ist? die in das Innere, des Gaswechselraumes hineinragen«

12ο S®kühlt@ Gasweehselksninier nach"Anspruch 11» dad-urch gekenn-■ zeichnet_t daß dia KUhlwas*serri5hr:en* (27) ait Qinöja peltiergs kühlten Solekühlaggreg&.t (34)

13. Feuchtigk©itsabseheider für eine Vorrichtung, nach-Anspruch 1, dadM^ciJ gekennzeichnet, daß ein Peltierblook (3O₉ 31) thermisch leitend und el$ktri@cfc isoliert an seiner Warmseite mit belüfteten Kühlfshae-n (35) unä au-ssiner .Kaltseite' sait ©ino® als Wära^aneteiaselior wi?k®ndeB Durcfeflußkühler (36, 37, 38) verbunden ist« .

H. Feuchtigkeitsabscheiders? naeh Anspruch 13_S dadurch gekenn- ;- zeichnet„ öaß sich w©Migst©as ©in Strömungsweg (39» 40, 41) im DurohfIuSkUI)Ie? (36₉ 57, 38} bafindet und daß dieser StrSsaungswQg gißkaaekfÖ^siig vfsrläuft und so geführt ist, daB das §as Im GegenströiapEdsisip E%?eiHal über den Paltierblock (30p 31) -gelittet

5» FQMcSitigkQitBsijaQheiä©? aaeh ©ia©a der Ansprüehö 15 iffld 14, -gGksaaseieteetp daß ®a öqf ti©fst©a Stelle des gsu©g-Gs (39o 40) eist Flüssigk@itssamm©lb©Mlter" (41) ait AbEspfseaFSMbe (42)

FotaehtigkeitsabscheiiSer nach oiaeia $sr Ansppücho 1-3 bis 15

§eaS13/#S§y - 21 - BAD ORIGINS _

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dadurch gekennzeichnet? daß sin Temperaturregler mit Temperaturfühlern (43) in jedem Strömungsweg (59» 40, 41} vorgesehen ist.

17ο Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet _f da@ mit einem Regelsystem (7) die Temperatur des ersten 'Feuchtigkeitsabscheiders' (1) proportional zu der Feuchte gesteuert werden kann, die für den daswechselraum (14) vorgegeben ist und daß als Istwertgeber ein in dem Gaswechselraum angeordneter, auswechselbarer Feuchtefühler (29) dient.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das ültrarotabsorptionsgerät 5 mit dem Feuchtigkeitsabscheider 1 zu ein@s geschlossenen Kreislauf für das ägas verbunden werden kann»

19. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 18_y dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitungen (10) behsizbar sind.

20. Vorrichtung nach einem der Anspruch© 1 bis 11 und 13 bis 19»

gekennzeichnet durch ihr® Verwendung im Freiland.

21» Vorrichtung nach einem der Asssprüche Γ bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß über ein@n ßasum-schalter (9) den ültrarotabsorptionsgeräten (3_S5) das Meßgas aus verschiedenen Gas-

zugeleitet

- 22 - Schö/Kn

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