樹脂的柱實驗裝置

① 組裝實驗室用高錳酸鉀製取氧氣的裝置

組裝實驗室用高錳酸鉀製取氧氣的裝置的方法如下：

選擇適當儀器，組裝實驗裝置；檢查裝置的氣密性向集氣瓶中加水，並倒置於盛有水的水槽中嘩胡叢，集氣瓶底部出現氣泡；將葯品平鋪於乾燥試管底部，塞上橡皮塞，固定於鐵架台上；

點燃酒精燈加熱，待導管口有氣泡產生，立即用集氣瓶進行收集；氣體收集完畢，用毛玻璃片將集氣瓶口蓋好，從水中取出並正放在桌面上；先將導管從水槽中取出，後熄滅酒精燈。

在采礦冶金方面，用於從銅中分離鉬，從鋅和鎘中除雜，以及化合物浮選的氧化劑；還用於作特殊織物、蠟、油脂及樹脂的漂白劑，防毒面具的吸附劑，木材及銅的著色劑等。

② 離子交換色譜法的原理，裝置及應用

原理：
離子交換色譜（ion exchange chromatography，IEC）以離子交換樹脂作為固定相，樹脂上具有固定離子基團及可交換的離子基團。當流動相帶著組分電離生成的離子通過固定相時，組分離子與樹脂上可交換的離子基團進行可逆變換。根據組分離子對樹脂親合力不同而得到分離。

裝置：
（1）分離柱 裝有離子交換樹脂，如陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂或螯合離子交換樹脂。為了減小擴散阻力，提高色譜分離效率，要使用均勻粒度的小球形樹脂。最常用的陽離子交換樹脂是在有機聚合物分子（如苯乙烯－二乙烯基苯共聚物）上連接磺酸基官能團（─SO3─）。最常用的陰離子交換劑是在有機聚合物分子上連接季銨官能團(─NH4)。這些都是常規高交換容量的離子交換樹脂，由於它們的傳質速度低，使柱效和分離速度都低。C.霍瓦特描述了一種薄膜陰離子交換樹脂，它是在苯乙烯－二乙烯基苯共聚物核心上沉澱一薄層陰離子交換樹脂，就象雞蛋有一薄層外皮那樣，離子交換反應只在外皮上進行,因此縮短了擴散的路徑,所以離子交換速度高，傳質快，提高了柱效。同樣，在小顆粒多孔硅膠上塗一薄層離子交換材料也可得到相同類型的樹脂。螯合離子交換樹脂具有絡合某些金屬離子而同時排斥另一些金屬離子的能力，因此這種樹脂具有很高的選擇性。除了離子交換柱外，其他高效液相色譜柱也可用於分離離子。
（2）抑制柱和柱後衍生作用 常用的檢測器不僅能檢測樣品離子，而且也對移動相中的離子有響應，所以必須消除移動相離子的干擾。在離子色譜中，消除(抑制)移動相離子干擾的常用方法有兩種。
①抑制反應，用抑制反應來改變移動相，使移動相離子不被檢測器測出。離子色譜通常使用電導檢測器。在抑制反應中??綞匝衾胱佣?裕?把高電導率移動相的氫氧化物轉變成水,而樣品離子則轉變成它們相應的酸：
NaOH+H+─→Na++H2O
NaX+H+─→HX+Na+
在裝有強酸性陽離子交換樹脂的柱中進行抑制反應，使用一段時間後，這種樹脂就需要再生，很不方便。改用連接有磺酸基(─SO3H)的離子交換膜(陽離子交換膜)或用連接有銨基(─NH4)的離子交換膜(陰離子交換膜)，就可以連續進行抑制反應。例如，陽離子交換膜可使陽離子通過它擴散過去，而陰離子則不能擴散過去。
1981年，T.S.史蒂文斯和斯莫爾等報道了中空纖維抑製法。這種纖維是由陽離子交換膜材料拉制而成。用這種方法不僅不需要再生抑制柱而且減小了峰的加寬，提高了柱效。一種比較新的膜技術是加一電場以加速離子的傳遞，該法與中空纖維法比較，其優點是反應時間短、交換能力高，並且可以用於陽離子和陰離子兩者。
②柱後衍生作用，將從柱子流出的洗出液與對被測物有特效作用的試劑相混合，在一反應器中生成帶色的絡合物（見配位化合物）。對衍生試劑最重要的要求是它們與被測物能生成絡合物，但不與移動相生成絡合物。柱後衍生法能用於測定重金屬離子，所用的衍生試劑有茜素紅S等。
（3）檢測器 分為通用型和專用型。通用型檢測器對存在於檢測池中的所有離子都有響應。離子色譜中最常用的電導檢測器就是通用型的一種。紫外－可見分光光度計是專用型的檢測器，對離子具有選擇性響應。可變波長紫外檢測器與電導檢測器聯用,能幫助鑒定未知峰,分辨重疊峰和提供電導檢測器不能測定的陰離子，如硫化物及亞砷酸中的陰離子的檢測。
在離子色譜中，電導檢測法總是和抑制反應配合使用。這種檢測器對分子不響應，如水、乙醇或者不離解的弱酸分子等。對於電導檢測器，一個重要的條件是溫度要穩定，所以檢測池要放在恆溫箱中，1982年H.薩托設計一種雙示差電導檢測器，消除了溫度變化對檢測的影響，可測定10-9摩爾的陰離子。

應用：
離子色譜主要用於測定各種離子的含量，特別適於測定水溶液中低濃度的陰離子，例如飲用水水質分析，高純水的離子分析，礦泉水、雨水、各種廢水和電廠水的分析，紙漿和漂白液的分析，食品分析，生物體液(尿和血等)中的離子測定，以及鋼鐵工業、環境保護等方面的應用。離子色譜能測定下列類型的離子：有機陰離子、鹼金屬、鹼土金屬、重金屬、稀土離子和有機酸,以及胺和銨鹽等。

③ 環氧樹脂膠粘劑測試性能需要什麼設備 ╮ ▽╭

一、前言
環氧樹脂膠粘劑是膠粘劑中重要的品種之一,環{TodayHot}氧樹脂對各種金屬材料、非金屬材料(鋁、鋼、鐵、銅、木材、玻璃、混凝土)、熱固性材料(酚醛塑料、氨基塑料、不飽和聚醋)等都有優良的粘接性能,因此有萬能膠之稱[1].
由於環氧樹脂膠粘劑的眾多優越性能,所以在土木建築中用於結構方面尤其受到青睞,近十幾年來發展十分迅速,膠種也向著環保、能夠在特速條件(潮濕、低溫、水下)下固化、室溫固化、高強度的方向發展,應用范圍也越來越廣泛[2-4].
但是,我們在生產與使用環氧樹脂結構膠的過程中也發現一個問題.目前,我國大量使用的結構膠固化時間均需要較長時間,一般為4-7天,而有些工程需要膠粘劑較快固化(如室溫下24小氏固化)、強度要求並不高,我們的大部分膠粘劑就無法滿足此類要求.雖然市面上有些產品能夠滿萬這些要求,但是這些產品產量小、價格高,不適合在土木建築方面大規模應用.所以我們考慮研製一種能夠滿足這類要求的產品.
二、實驗部分
1、原材料
實驗中使用的原材料主要有E-51環氧樹脂、活性環氧稀釋劑、增韌劑、偶聯劑、改性脂肪胺固化劑A、改性脂環胺固化劑B以及氣相觸變劑二氧化硅,填料.
2、試樣制備
以1Cr18Ni9Ti不銹鋼為被粘基材,經砂紙打磨,丙酮清洗擦洗後,塗膠並進行粘接.室溫固化24小時後測試其鋼一鋼拉伸剪切強度.
3、性能測試{HotTag}
按GB/T 7124試驗.試驗結果取五個試件的算術平均值.
三、結果與討論
1、快速固化環氧膠粘劑組份的選擇
考慮到膠粘劑的環保要求,我們在選用稀釋劑(組份A)與增韌劑(組份B)的時候均採用了活性組份,活性稀釋劑與活性增韌劑能夠參與到環氧樹脂的固化反應中去,揮發性小,符合現在環保的要求.偶聯劑(組份C)選用硅烷偶聯劑.因為要求膠粘劑能夠快速固化,毒性低,材料成本又不能太高,所以我們挑選了兩種性能較好的改性脂肪胺A(組份D)與改性脂環胺B(組份E).填料選用滑石粉,根據使用要求適當添加.在現場使用時可能需要膠粘劑有一定的觸變性,所以在膠粘劑中添加適量的氣相二氧化硅做為觸變劑.
2、正交實驗設計方案與結果
為了確定各組份的配比,決定選用正交實驗方法進行實驗.通過兩組正交實驗,分別考察兩種固化劑制的性能,同時確定其它組份含量.
(1)改性脂肪胺固化劑A實驗
取E-51環氧樹脂100份為基礎,其它各組份均與此相配比.考察稀釋劑A (3, 6, 9)、增韌劑B(4, 8,12) ,偶聯劑C (0.5,1,15)、固化劑A(20,30,40)4個因素,選用L9(43)正交表.
參照GB 7124-1986
膠粘劑拉伸剪切強度測定方法（金屬對金屬）
1.適用范圍
規定了在室溫下金屬對金屬搭接的膠粘劑拉伸剪切強度測定方法.本標准適用於規定
條件下制備、測試的標准試樣.
GB 7124-1986等效採用ISO 4587-1979《膠粘劑—高強度膠粘劑拉伸搭接剪切
強度的測定》.
2.原理
試樣為單搭接結構.在試樣的搭接面上施加縱向拉伸剪切力,測定試樣能承受的最大
負荷.搭接面上的平均剪應力為膠粘劑的金屬搭接的拉伸剪切強度.
3.裝置
3.1試驗機
使用的試驗機應使試樣的破壞負荷在滿標負荷的15％-85％之間.試驗機的力值示
值誤差不應大於1％.
試驗機應配備一副自動調心的試樣夾持器,使力線與試樣中心線保持一致.
試驗機應保證試樣夾持器的移動速度在(5士1) mm/min內保持穩定.
3.2量具
測量試樣搭接面長度和寬度的量具精度不低於0. 05mm.
3.3夾具
膠接試樣的夾具應能保證膠接的試樣符合條文4的要求.
（註：在保證金屬片不破壞的情況下,試樣與試樣夾持器也可用銷、孔連接的方法.但不能用於仲裁試驗．）
4．試樣
4.1除非另有規定,試樣應符合圖1的形狀和尺寸.標准試樣的搭接長度是（12.5士
0. 5)mm,金屬片的厚度是(2.0士0.1)mm [ISO厚度為(1.6士0.1)mm].試樣的搭接
長度或金屬片的厚度不同對試驗結果會有影響.
4. 2建議使用LY12-CZ鋁合金、1Cr18Ni9Ti不銹鋼、45碳鋼、T2銅等金屬材料.
4．3常規試驗,試樣數量不應少於五個.仲裁試驗試樣數量不應少於十個.
註：1.對於高強度膠枯劑,側試時如出現金屬材料屈服或破壞的情況,則可適當增加金屬片厚度或減少搭接長度,兩者中選擇前者較好.
2.測試時金屬片所受的應力不要超過其屈服強度σs,金屬片的厚度t可按下式計算：
t= lgτ/σs
式中： t 一金屬片厚度,mm;
l 一試樣搭接長度,mm;
τ 一膠粘劑拉伸剪切強度,Mpa;
σs —金屬材料屈服強度,MPa .
5．試樣制備
5．1試樣可用不帶槽（如圖2）或帶槽的(如圖3)的平板制備,也可單片制備.
5.2膠接用的金屬片表面應平整,不應有彎曲、翹曲、歪斜等變形.金屬片應無毛刺,
邊緣保持直角.
5.3膠接時,金屬片的表面處理、膠粘劑的配比、塗膠量、塗膠次數、晾置時間等膠接
工藝以及膠粘劑的固化溫度、壓力、時間等均按膠粘劑的使用要求進行.
5.4制備試樣都應使用夾具,以保證試樣正確地搭接和精確地定位.
5.5切割已膠接的平板時,要防止試樣過熱,應盡量避免損傷膠接縫.
6.試驗條件
除非另有規定,試樣的停放時間和試驗環境應符合下列要求.
6.1試樣制備後到試驗的最短時間為16h,最長時間為一個月.
6.2試驗應在溫度為(2312)℃的環境中進行.仲裁試驗或對溫度、濕度敏感的膠粘劑
應在溫度為(23士2)℃、相對濕度為45％^-55％的環境中進行.
6.3對僅有溫度要求的測試,測試前試樣在試驗溫度下停放時間不應少於半小時；對有
溫度、濕度要求的測試,測試前試樣在試驗環境下的停放時間一般不應少於16h.
7.試驗步驟
7．1用量具測量試樣搭接面的長度和寬度,精確到0. 05mm.
7. 2把試樣對稱地夾在上、下夾持器中,夾持處至搭接端的距離(50士1)mm..
7. 3開動試驗機,在(5士1) mm/min內,以穩定速度載入.記錄試樣剪切破壞的最大負
荷.記錄膠接破壞的類型（內聚破壞、粘附破壞、金屬破壞）.
8.試驗結果
8．1對金屬搭接的膠粘劑拉伸剪切強度按下式計算：
τ=P/(B×L)
式中：τ 一膠粘劑拉伸剪切強度,MPa;
p —試樣剪切破壞的最大負荷,N；
B —試樣搭接面寬度,mm；
L —試樣搭接面長度,mm.
8.2試驗結果以剪切強度的算術平均值、最高值、最低值表示.取三位有效數字.
9．試驗報告
試驗報告應包括下列內容：
a.膠粘劑的型號和批號；
b.金屬材料的型號、厚度及表面處理方法；
c.試樣制備方法（不帶槽平板、帶槽平板、單片）和膠接工藝的必要說明；
d.試樣搭接長度；
e.試樣數量；
f.試驗結果（算術平均值、最高值、最低值）；
g.試樣的破壞類型和數量；
h.膠層的平均厚度；
i.與本標准不同之處.

④ 氮同位素測定

水樣硝酸鹽氮同位素分析

方法提要

在野外採用自由重力過柱的離子交換色層法從水中分離富集硝酸鹽氮，密封保存;回到實驗室採用擴散法以(NH₄)₂SO₄的形式從洗脫液中分離硝酸鹽，純化試樣。擴散法得到的試樣冷凍乾燥後，用Rittenberg法氧化NH₄⁺為N₂，並通過連接裝置與連續流同位素質譜儀連接，測定δ¹⁵N值。該方法省時、省力，可以大批量處理試樣。離子交換色層法處理的試樣可以較長時間保存，保證了長期野外采樣的需求。

儀器設備

連續流同位素質譜計。

MillporeQ超純水機。

乾燥箱。

冷凍乾燥儀。

試劑和材料

氯化鉀(優級純)。

氧化鎂粉末(優級純)。

定氮合金將新購進的定氮合金在瑪瑙研缽中研成200目，密封備用。

硫酸優級純。

質譜分析用參考氣。

工作標准MOR2386-01日本Shoko公司生產。

國際標准物質IAEA-N-1、IAEA-N-2、IAEA-N-3。

陰離子交換樹脂Dowex^1-X8(Cl型，100～200目)依次用1mol/LHCl、1mol/LNaOH溶液及無氮水(MillporeQ超純水設備制備)充分清洗樹脂後，將樹脂和水混合物加入含1/3柱高水的上粗下細兩段圓柱形色層柱(上段內徑2cm，高2cm;下段內徑1cm，高10cm，底部為3號玻璃篩板)中，製成樹脂長度分別為5cm和10cm的兩種色層柱，過量的水於下端排去。注意水面不能低於樹脂面。將一根小水管插入色層柱底部，緩慢注入無氮水回洗，以排除水泡、殘屑及樹脂細屑，流速為0.5～1mL/min，回洗時間約30min。取出小水管，使樹脂重力下沉，保留高出樹脂面1～2cm的液面。用40mL1mol/LNaOH溶液分3次過交換柱轉型為OH型，再以0.5～1mL/min流速過10mL去離子水，密封備用。

120mL聚乙烯瓶(擴散瓶)。

10mL小玻璃瓶(接收瓶)。

攪拌子。

連續流專用錫杯。

分析步驟

(1)制樣方法

a.離子交換色層法分離富集硝酸鹽氮。水樣NO^-₃的富集採用離子交換色層法。根據硝酸鹽含量在野外採集水樣(含N>2.5mg)後，現場使用大口徑抽濾瓶真空過濾，過濾後用樹脂長度為5cm陰離子交換樹脂Dowex^1-X8(OH型)富集水樣中的NO^-₃。採用重力過柱，用干凈的硅膠管將水樣引進交換柱中，使交換柱樹脂面始終低於水樣液面10cm即可。過柱速率取決於交換柱本身的流速，不加以人工控制，一般為0.6～0.9L/h。過完水樣後的樹脂加少量無氮水以防樹脂乾燥，密封保存。在適宜的條件下(如工作地點穩定後或者回到實驗室後)，先用30mL2mol/LKCl溶液，再用少量無氮水洗脫吸附的NO^-₃，流速控制在15～30mL/h。

b.擴散法提純和進一步富集硝酸鹽氮。NO^-₃洗脫液用擴散法進一步處理。擴散實驗在實驗室內進行，如果野外可以得到較長時間震動較小的環境，擴散法也可以在野外進行。將洗脫液移入密封性能良好的120mL聚乙烯瓶(擴散瓶)中。准備好一個酸洗干凈的約10mL的小玻璃瓶(接收瓶)，用一根約10cm長的尼龍絲系牢，擴散前往該接收瓶中移入2mL0.1mol/LH₂SO₄溶液。依次序往聚乙烯擴散瓶中加0.5～0.8g達氏合金、0.5gMgO粉末和一個酸洗攪拌子，迅速將上述加有H₂SO₄溶液的接收瓶小心放入擴散瓶中，用尼龍絲固定於擴散瓶上部，迅速蓋緊擴散瓶蓋進行擴散。

在50℃條件下擴散10d是比較理想的擴散條件，回收率>95%，且雜質對硝酸鹽溶液的擴散影響較小。

(2)質譜測量

將擴散得到的硫酸銨溶液冷凍乾燥後混勻，稱取含N～100g的硫酸銨粉末於連續流質譜專用的錫杯中包裹好。將錫杯及其中的樣品投入連續流質譜中進行氮同位素分析。使用的工作標准為MOR2386-01。由試樣與標准物質(或參考氣)不少於6次比較測量數據計算測定結果的平均值及其標准偏差。

方法的重復性和再現性

本方法的精確度由標准物質分析結果間接給出，對δ¹⁵N一般情況下好於±0.1‰。

氮同位素國際標准和標准物質

表87.19 國際氮同位素標准物質的數據

討論

1)野外水樣採集過濾後需盡快從水樣中分離出NO^-₃，以免其在微生物作用下發生變化。傳統的水樣硝酸鹽氮穩定同位素分析預處理方法是Kjeldahl法，要求事先對水樣進行酸化濃縮富集或亞沸點濃縮富集，需要大量的操作時間，且不能在野外進行。目前多使用真空過柱離子交換色層法取代濃縮富集，可以在較短的時間內(4～5h;Silva，2000)完成。在野外難以獲得長時間的真空條件，而且容易造成樹脂脫水。過柱富集洗脫後一般採用Kjeldahl法，同樣費時費力且易引起交叉污染(肖化雲，劉叢強，2001)。本方法採用自由重力過柱離子交換色層法從水中分離富集硝酸鹽氮，適於批量試樣，可以在野外進行;重力過柱時間較長，採用過夜過柱可克服這個缺點;3號篩板可一直保存少量的水樣在樹脂中不至於使樹脂因無人看護水樣過完而乾燥，大大方便了野外預處理。色層法出來後的試樣可較長時間保存，再進一步採用擴散法純化。

2)為了測定不同長度樹脂對不同濃度的硝酸鹽溶液的吸附率，進行了樹脂長度分別為5cm(約5mL體積)和10cm(約10mL體積)的色層柱對50mL濃度分別為500mg/L、1000mg/L和2000mg/L的硝酸鹽溶液的吸附實驗。過柱實驗後的溶液用紫外分光光度法測定NO^-₃含量，測定結果見表87.20。從表中可以看出，上述不同條件下硝酸鹽吸附率均>99.9%。

有研究表明(Liu，Mulvaney，1992)，吸附在樹脂上的硝酸鹽可至少保存55d不會對分析結果有影響，這么長的保存時間足以完成大多數野外工作，回到實驗室內進行進一步的處理。

表87.20 不同樹脂柱硝酸鹽的過柱吸附率

圖87.18 不同條件下硝酸鹽的洗脫效率

將測定硝酸鹽吸附率後的6管樹脂柱分別用50mL2mol/LKCl溶液分10次進行洗脫，每次5mL。洗脫溶液用紫外分光光度法測定硝酸鹽含量，測定結果見圖87.18及表87.21。圖87.18表明，對吸附3種不同濃度硝酸鹽後的樹脂的洗脫，樹脂長度為10cm的色層柱的洗脫順序滯後於樹脂長度為5cm的色層柱5～10mL。表87.21表明，前30mL2mol/LKCl溶液(5mL洗脫6次)對樹脂長度為5cm的色層柱的洗脫效果較好，均大於95%，而對樹脂長度為10cm的色層柱的洗脫效果則不理想。因此，為了使用盡可能少的樹脂及使用少量的2mol/LKCl溶液達到最大的洗脫效率，選用樹脂長度為5cm的色層柱進行吸附，並用30mL2mol/LKCl溶液洗脫比較理想。

表87.21 30mL2MKCl溶液對不同樹脂長度色層柱的洗脫率

3)由於Dowex50W-X8樹脂對NO^-₃的吸附率大於97%，洗脫率近於100%(Garten，1992)，即在吸附與洗脫過程中不會產生明顯的氮同位素分餾。

4)陰離子交換樹脂富集NO^-₃後，需進一步將其從洗脫液中分離出來。這一步常採用的方法是Kjeldahl法，操作復雜費時，易引起交叉污染，收集液體積較大，不利於送樣，需進一步濃縮。本文採用擴散法處理洗脫液，既省力又有利，於小體積送樣，不需進一步濃縮處理。擴散法提純富集硝酸鹽氮的回收率試驗:先分2組對3種不同濃度的硝酸鹽進行擴散:室溫和50℃下擴散時間均為4d、7d、10d。另外，為了弄清楚雜質離子對KNO₃溶液擴散的影響，還進行了含SO₄^2-(1000mg/L)及Cl^-(1000mg/L)等雜質離子的KNO₃溶液在室溫和50℃下均擴散4d和7d的實驗。實驗結果見圖87.19。

圖87.19 KNO₃溶液在不同條件下的擴散回收率

從圖中可以清楚地看出，室溫條件下的擴散均不理想，即使進行10d擴散，回收率也難以到達80%;50℃條件下進行擴散，回收率隨擴散時間的延長而增大，在擴散10d後，回收率均>95%。上述實驗還表明，雜質在室溫時對硝酸鹽溶液的擴散影響較大，而在50℃時則較小。結果表明在50℃條件下擴散10d是比較理想的條件，硝酸鹽回收率高(>95%)，擴散過程中不會發生明顯的氮同位素分餾。

參考文獻

肖化雲，劉叢強.2001.水樣氮同位素分析預處理方法的研究現狀與進展.岩礦測試，20 (2) : 125 -130

Garten Jr C T.1992.Nitrogen isotope composition of ammonium and nitrate in bulk precipitation and forest throughfal.International Journal of Analytical Chemistry，47: 33-45

Liu Y P， Mulvaney R L.1992.Diffusion of Kjeldahl digests for Automated Nitrogen-15 Analysis by the Rittenberg technique.Soil Science Society of America Journal，56: 1151-1154

Silva S R，Kendall C，Wilkison D H，et al.2000.A New method for collection of nitrate from fresh water and the analysis of nitrogen and oxygen isotope ratios.Journal of Hydrology，228: 22-36.

本節編寫人: 肖化雲、劉叢強 (中國科學院地球化學研究所) 。

⑤ 如圖是實驗室製取酚醛樹脂的裝置圖（燒杯底部墊有石 棉網）。 （1）裝置中的一處錯誤是_______________