树脂的柱实验装置

① 组装实验室用高锰酸钾制取氧气的装置

组装实验室用高锰酸钾制取氧气的装置的方法如下：

选择适当仪器，组装实验装置；检查装置的气密性向集气瓶中加水，并倒置于盛有水的水槽中哗胡丛，集气瓶底部出现气泡；将药品平铺于干燥试管底部，塞上橡皮塞，固定于铁架台上；

点燃酒精灯加热，待导管口有气泡产生，立即用集气瓶进行收集；气体收集完毕，用毛玻璃片将集气瓶口盖好，从水中取出并正放在桌面上；先将导管从水槽中取出，后熄灭酒精灯。

在采矿冶金方面，用于从铜中分离钼，从锌和镉中除杂，以及化合物浮选的氧化剂；还用于作特殊织物、蜡、油脂及树脂的漂白剂，防毒面具的吸附剂，木材及铜的着色剂等。

② 离子交换色谱法的原理，装置及应用

原理：
离子交换色谱（ion exchange chromatography，IEC）以离子交换树脂作为固定相，树脂上具有固定离子基团及可交换的离子基团。当流动相带着组分电离生成的离子通过固定相时，组分离子与树脂上可交换的离子基团进行可逆变换。根据组分离子对树脂亲合力不同而得到分离。

装置：
（1）分离柱 装有离子交换树脂，如阳离子交换树脂、阴离子交换树脂或螯合离子交换树脂。为了减小扩散阻力，提高色谱分离效率，要使用均匀粒度的小球形树脂。最常用的阳离子交换树脂是在有机聚合物分子（如苯乙烯－二乙烯基苯共聚物）上连接磺酸基官能团（─SO3─）。最常用的阴离子交换剂是在有机聚合物分子上连接季铵官能团(─NH4)。这些都是常规高交换容量的离子交换树脂，由于它们的传质速度低，使柱效和分离速度都低。C.霍瓦特描述了一种薄膜阴离子交换树脂，它是在苯乙烯－二乙烯基苯共聚物核心上沉淀一薄层阴离子交换树脂，就象鸡蛋有一薄层外皮那样，离子交换反应只在外皮上进行,因此缩短了扩散的路径,所以离子交换速度高，传质快，提高了柱效。同样，在小颗粒多孔硅胶上涂一薄层离子交换材料也可得到相同类型的树脂。螯合离子交换树脂具有络合某些金属离子而同时排斥另一些金属离子的能力，因此这种树脂具有很高的选择性。除了离子交换柱外，其他高效液相色谱柱也可用于分离离子。
（2）抑制柱和柱后衍生作用 常用的检测器不仅能检测样品离子，而且也对移动相中的离子有响应，所以必须消除移动相离子的干扰。在离子色谱中，消除(抑制)移动相离子干扰的常用方法有两种。
①抑制反应，用抑制反应来改变移动相，使移动相离子不被检测器测出。离子色谱通常使用电导检测器。在抑制反应中??缍匝衾胱佣?裕?把高电导率移动相的氢氧化物转变成水,而样品离子则转变成它们相应的酸：
NaOH+H+─→Na++H2O
NaX+H+─→HX+Na+
在装有强酸性阳离子交换树脂的柱中进行抑制反应，使用一段时间后，这种树脂就需要再生，很不方便。改用连接有磺酸基(─SO3H)的离子交换膜(阳离子交换膜)或用连接有铵基(─NH4)的离子交换膜(阴离子交换膜)，就可以连续进行抑制反应。例如，阳离子交换膜可使阳离子通过它扩散过去，而阴离子则不能扩散过去。
1981年，T.S.史蒂文斯和斯莫尔等报道了中空纤维抑制法。这种纤维是由阳离子交换膜材料拉制而成。用这种方法不仅不需要再生抑制柱而且减小了峰的加宽，提高了柱效。一种比较新的膜技术是加一电场以加速离子的传递，该法与中空纤维法比较，其优点是反应时间短、交换能力高，并且可以用于阳离子和阴离子两者。
②柱后衍生作用，将从柱子流出的洗出液与对被测物有特效作用的试剂相混合，在一反应器中生成带色的络合物（见配位化合物）。对衍生试剂最重要的要求是它们与被测物能生成络合物，但不与移动相生成络合物。柱后衍生法能用于测定重金属离子，所用的衍生试剂有茜素红S等。
（3）检测器 分为通用型和专用型。通用型检测器对存在于检测池中的所有离子都有响应。离子色谱中最常用的电导检测器就是通用型的一种。紫外－可见分光光度计是专用型的检测器，对离子具有选择性响应。可变波长紫外检测器与电导检测器联用,能帮助鉴定未知峰,分辨重叠峰和提供电导检测器不能测定的阴离子，如硫化物及亚砷酸中的阴离子的检测。
在离子色谱中，电导检测法总是和抑制反应配合使用。这种检测器对分子不响应，如水、乙醇或者不离解的弱酸分子等。对于电导检测器，一个重要的条件是温度要稳定，所以检测池要放在恒温箱中，1982年H.萨托设计一种双示差电导检测器，消除了温度变化对检测的影响，可测定10-9摩尔的阴离子。

应用：
离子色谱主要用于测定各种离子的含量，特别适于测定水溶液中低浓度的阴离子，例如饮用水水质分析，高纯水的离子分析，矿泉水、雨水、各种废水和电厂水的分析，纸浆和漂白液的分析，食品分析，生物体液(尿和血等)中的离子测定，以及钢铁工业、环境保护等方面的应用。离子色谱能测定下列类型的离子：有机阴离子、碱金属、碱土金属、重金属、稀土离子和有机酸,以及胺和铵盐等。

③ 环氧树脂胶粘剂测试性能需要什么设备 ╮ ▽╭

一、前言
环氧树脂胶粘剂是胶粘剂中重要的品种之一,环{TodayHot}氧树脂对各种金属材料、非金属材料(铝、钢、铁、铜、木材、玻璃、混凝土)、热固性材料(酚醛塑料、氨基塑料、不饱和聚醋)等都有优良的粘接性能,因此有万能胶之称[1].
由于环氧树脂胶粘剂的众多优越性能,所以在土木建筑中用于结构方面尤其受到青睐,近十几年来发展十分迅速,胶种也向着环保、能够在特速条件(潮湿、低温、水下)下固化、室温固化、高强度的方向发展,应用范围也越来越广泛[2-4].
但是,我们在生产与使用环氧树脂结构胶的过程中也发现一个问题.目前,我国大量使用的结构胶固化时间均需要较长时间,一般为4-7天,而有些工程需要胶粘剂较快固化(如室温下24小氏固化)、强度要求并不高,我们的大部分胶粘剂就无法满足此类要求.虽然市面上有些产品能够满万这些要求,但是这些产品产量小、价格高,不适合在土木建筑方面大规模应用.所以我们考虑研制一种能够满足这类要求的产品.
二、实验部分
1、原材料
实验中使用的原材料主要有E-51环氧树脂、活性环氧稀释剂、增韧剂、偶联剂、改性脂肪胺固化剂A、改性脂环胺固化剂B以及气相触变剂二氧化硅,填料.
2、试样制备
以1Cr18Ni9Ti不锈钢为被粘基材,经砂纸打磨,丙酮清洗擦洗后,涂胶并进行粘接.室温固化24小时后测试其钢一钢拉伸剪切强度.
3、性能测试{HotTag}
按GB/T 7124试验.试验结果取五个试件的算术平均值.
三、结果与讨论
1、快速固化环氧胶粘剂组份的选择
考虑到胶粘剂的环保要求,我们在选用稀释剂(组份A)与增韧剂(组份B)的时候均采用了活性组份,活性稀释剂与活性增韧剂能够参与到环氧树脂的固化反应中去,挥发性小,符合现在环保的要求.偶联剂(组份C)选用硅烷偶联剂.因为要求胶粘剂能够快速固化,毒性低,材料成本又不能太高,所以我们挑选了两种性能较好的改性脂肪胺A(组份D)与改性脂环胺B(组份E).填料选用滑石粉,根据使用要求适当添加.在现场使用时可能需要胶粘剂有一定的触变性,所以在胶粘剂中添加适量的气相二氧化硅做为触变剂.
2、正交实验设计方案与结果
为了确定各组份的配比,决定选用正交实验方法进行实验.通过两组正交实验,分别考察两种固化剂制的性能,同时确定其它组份含量.
(1)改性脂肪胺固化剂A实验
取E-51环氧树脂100份为基础,其它各组份均与此相配比.考察稀释剂A (3, 6, 9)、增韧剂B(4, 8,12) ,偶联剂C (0.5,1,15)、固化剂A(20,30,40)4个因素,选用L9(43)正交表.
参照GB 7124-1986
胶粘剂拉伸剪切强度测定方法（金属对金属）
1.适用范围
规定了在室温下金属对金属搭接的胶粘剂拉伸剪切强度测定方法.本标准适用于规定
条件下制备、测试的标准试样.
GB 7124-1986等效采用ISO 4587-1979《胶粘剂—高强度胶粘剂拉伸搭接剪切
强度的测定》.
2.原理
试样为单搭接结构.在试样的搭接面上施加纵向拉伸剪切力,测定试样能承受的最大
负荷.搭接面上的平均剪应力为胶粘剂的金属搭接的拉伸剪切强度.
3.装置
3.1试验机
使用的试验机应使试样的破坏负荷在满标负荷的15％-85％之间.试验机的力值示
值误差不应大于1％.
试验机应配备一副自动调心的试样夹持器,使力线与试样中心线保持一致.
试验机应保证试样夹持器的移动速度在(5士1) mm/min内保持稳定.
3.2量具
测量试样搭接面长度和宽度的量具精度不低于0. 05mm.
3.3夹具
胶接试样的夹具应能保证胶接的试样符合条文4的要求.
（注：在保证金属片不破坏的情况下,试样与试样夹持器也可用销、孔连接的方法.但不能用于仲裁试验．）
4．试样
4.1除非另有规定,试样应符合图1的形状和尺寸.标准试样的搭接长度是（12.5士
0. 5)mm,金属片的厚度是(2.0士0.1)mm [ISO厚度为(1.6士0.1)mm].试样的搭接
长度或金属片的厚度不同对试验结果会有影响.
4. 2建议使用LY12-CZ铝合金、1Cr18Ni9Ti不锈钢、45碳钢、T2铜等金属材料.
4．3常规试验,试样数量不应少于五个.仲裁试验试样数量不应少于十个.
注：1.对于高强度胶枯剂,侧试时如出现金属材料屈服或破坏的情况,则可适当增加金属片厚度或减少搭接长度,两者中选择前者较好.
2.测试时金属片所受的应力不要超过其屈服强度σs,金属片的厚度t可按下式计算：
t= lgτ/σs
式中： t 一金属片厚度,mm;
l 一试样搭接长度,mm;
τ 一胶粘剂拉伸剪切强度,Mpa;
σs —金属材料屈服强度,MPa .
5．试样制备
5．1试样可用不带槽（如图2）或带槽的(如图3)的平板制备,也可单片制备.
5.2胶接用的金属片表面应平整,不应有弯曲、翘曲、歪斜等变形.金属片应无毛刺,
边缘保持直角.
5.3胶接时,金属片的表面处理、胶粘剂的配比、涂胶量、涂胶次数、晾置时间等胶接
工艺以及胶粘剂的固化温度、压力、时间等均按胶粘剂的使用要求进行.
5.4制备试样都应使用夹具,以保证试样正确地搭接和精确地定位.
5.5切割已胶接的平板时,要防止试样过热,应尽量避免损伤胶接缝.
6.试验条件
除非另有规定,试样的停放时间和试验环境应符合下列要求.
6.1试样制备后到试验的最短时间为16h,最长时间为一个月.
6.2试验应在温度为(2312)℃的环境中进行.仲裁试验或对温度、湿度敏感的胶粘剂
应在温度为(23士2)℃、相对湿度为45％^-55％的环境中进行.
6.3对仅有温度要求的测试,测试前试样在试验温度下停放时间不应少于半小时；对有
温度、湿度要求的测试,测试前试样在试验环境下的停放时间一般不应少于16h.
7.试验步骤
7．1用量具测量试样搭接面的长度和宽度,精确到0. 05mm.
7. 2把试样对称地夹在上、下夹持器中,夹持处至搭接端的距离(50士1)mm..
7. 3开动试验机,在(5士1) mm/min内,以稳定速度加载.记录试样剪切破坏的最大负
荷.记录胶接破坏的类型（内聚破坏、粘附破坏、金属破坏）.
8.试验结果
8．1对金属搭接的胶粘剂拉伸剪切强度按下式计算：
τ=P/(B×L)
式中：τ 一胶粘剂拉伸剪切强度,MPa;
p —试样剪切破坏的最大负荷,N；
B —试样搭接面宽度,mm；
L —试样搭接面长度,mm.
8.2试验结果以剪切强度的算术平均值、最高值、最低值表示.取三位有效数字.
9．试验报告
试验报告应包括下列内容：
a.胶粘剂的型号和批号；
b.金属材料的型号、厚度及表面处理方法；
c.试样制备方法（不带槽平板、带槽平板、单片）和胶接工艺的必要说明；
d.试样搭接长度；
e.试样数量；
f.试验结果（算术平均值、最高值、最低值）；
g.试样的破坏类型和数量；
h.胶层的平均厚度；
i.与本标准不同之处.

④ 氮同位素测定

水样硝酸盐氮同位素分析

方法提要

在野外采用自由重力过柱的离子交换色层法从水中分离富集硝酸盐氮，密封保存;回到实验室采用扩散法以(NH₄)₂SO₄的形式从洗脱液中分离硝酸盐，纯化试样。扩散法得到的试样冷冻干燥后，用Rittenberg法氧化NH₄⁺为N₂，并通过连接装置与连续流同位素质谱仪连接，测定δ¹⁵N值。该方法省时、省力，可以大批量处理试样。离子交换色层法处理的试样可以较长时间保存，保证了长期野外采样的需求。

仪器设备

连续流同位素质谱计。

MillporeQ超纯水机。

干燥箱。

冷冻干燥仪。

试剂和材料

氯化钾(优级纯)。

氧化镁粉末(优级纯)。

定氮合金将新购进的定氮合金在玛瑙研钵中研成200目，密封备用。

硫酸优级纯。

质谱分析用参考气。

工作标准MOR2386-01日本Shoko公司生产。

国际标准物质IAEA-N-1、IAEA-N-2、IAEA-N-3。

阴离子交换树脂Dowex^1-X8(Cl型，100～200目)依次用1mol/LHCl、1mol/LNaOH溶液及无氮水(MillporeQ超纯水设备制备)充分清洗树脂后，将树脂和水混合物加入含1/3柱高水的上粗下细两段圆柱形色层柱(上段内径2cm，高2cm;下段内径1cm，高10cm，底部为3号玻璃筛板)中，制成树脂长度分别为5cm和10cm的两种色层柱，过量的水于下端排去。注意水面不能低于树脂面。将一根小水管插入色层柱底部，缓慢注入无氮水回洗，以排除水泡、残屑及树脂细屑，流速为0.5～1mL/min，回洗时间约30min。取出小水管，使树脂重力下沉，保留高出树脂面1～2cm的液面。用40mL1mol/LNaOH溶液分3次过交换柱转型为OH型，再以0.5～1mL/min流速过10mL去离子水，密封备用。

120mL聚乙烯瓶(扩散瓶)。

10mL小玻璃瓶(接收瓶)。

搅拌子。

连续流专用锡杯。

分析步骤

(1)制样方法

a.离子交换色层法分离富集硝酸盐氮。水样NO^-₃的富集采用离子交换色层法。根据硝酸盐含量在野外采集水样(含N>2.5mg)后，现场使用大口径抽滤瓶真空过滤，过滤后用树脂长度为5cm阴离子交换树脂Dowex^1-X8(OH型)富集水样中的NO^-₃。采用重力过柱，用干净的硅胶管将水样引进交换柱中，使交换柱树脂面始终低于水样液面10cm即可。过柱速率取决于交换柱本身的流速，不加以人工控制，一般为0.6～0.9L/h。过完水样后的树脂加少量无氮水以防树脂干燥，密封保存。在适宜的条件下(如工作地点稳定后或者回到实验室后)，先用30mL2mol/LKCl溶液，再用少量无氮水洗脱吸附的NO^-₃，流速控制在15～30mL/h。

b.扩散法提纯和进一步富集硝酸盐氮。NO^-₃洗脱液用扩散法进一步处理。扩散实验在实验室内进行，如果野外可以得到较长时间震动较小的环境，扩散法也可以在野外进行。将洗脱液移入密封性能良好的120mL聚乙烯瓶(扩散瓶)中。准备好一个酸洗干净的约10mL的小玻璃瓶(接收瓶)，用一根约10cm长的尼龙丝系牢，扩散前往该接收瓶中移入2mL0.1mol/LH₂SO₄溶液。依次序往聚乙烯扩散瓶中加0.5～0.8g达氏合金、0.5gMgO粉末和一个酸洗搅拌子，迅速将上述加有H₂SO₄溶液的接收瓶小心放入扩散瓶中，用尼龙丝固定于扩散瓶上部，迅速盖紧扩散瓶盖进行扩散。

在50℃条件下扩散10d是比较理想的扩散条件，回收率>95%，且杂质对硝酸盐溶液的扩散影响较小。

(2)质谱测量

将扩散得到的硫酸铵溶液冷冻干燥后混匀，称取含N～100g的硫酸铵粉末于连续流质谱专用的锡杯中包裹好。将锡杯及其中的样品投入连续流质谱中进行氮同位素分析。使用的工作标准为MOR2386-01。由试样与标准物质(或参考气)不少于6次比较测量数据计算测定结果的平均值及其标准偏差。

方法的重复性和再现性

本方法的精确度由标准物质分析结果间接给出，对δ¹⁵N一般情况下好于±0.1‰。

氮同位素国际标准和标准物质

表87.19 国际氮同位素标准物质的数据

讨论

1)野外水样采集过滤后需尽快从水样中分离出NO^-₃，以免其在微生物作用下发生变化。传统的水样硝酸盐氮稳定同位素分析预处理方法是Kjeldahl法，要求事先对水样进行酸化浓缩富集或亚沸点浓缩富集，需要大量的操作时间，且不能在野外进行。目前多使用真空过柱离子交换色层法取代浓缩富集，可以在较短的时间内(4～5h;Silva，2000)完成。在野外难以获得长时间的真空条件，而且容易造成树脂脱水。过柱富集洗脱后一般采用Kjeldahl法，同样费时费力且易引起交叉污染(肖化云，刘丛强，2001)。本方法采用自由重力过柱离子交换色层法从水中分离富集硝酸盐氮，适于批量试样，可以在野外进行;重力过柱时间较长，采用过夜过柱可克服这个缺点;3号筛板可一直保存少量的水样在树脂中不至于使树脂因无人看护水样过完而干燥，大大方便了野外预处理。色层法出来后的试样可较长时间保存，再进一步采用扩散法纯化。

2)为了测定不同长度树脂对不同浓度的硝酸盐溶液的吸附率，进行了树脂长度分别为5cm(约5mL体积)和10cm(约10mL体积)的色层柱对50mL浓度分别为500mg/L、1000mg/L和2000mg/L的硝酸盐溶液的吸附实验。过柱实验后的溶液用紫外分光光度法测定NO^-₃含量，测定结果见表87.20。从表中可以看出，上述不同条件下硝酸盐吸附率均>99.9%。

有研究表明(Liu，Mulvaney，1992)，吸附在树脂上的硝酸盐可至少保存55d不会对分析结果有影响，这么长的保存时间足以完成大多数野外工作，回到实验室内进行进一步的处理。

表87.20 不同树脂柱硝酸盐的过柱吸附率

图87.18 不同条件下硝酸盐的洗脱效率

将测定硝酸盐吸附率后的6管树脂柱分别用50mL2mol/LKCl溶液分10次进行洗脱，每次5mL。洗脱溶液用紫外分光光度法测定硝酸盐含量，测定结果见图87.18及表87.21。图87.18表明，对吸附3种不同浓度硝酸盐后的树脂的洗脱，树脂长度为10cm的色层柱的洗脱顺序滞后于树脂长度为5cm的色层柱5～10mL。表87.21表明，前30mL2mol/LKCl溶液(5mL洗脱6次)对树脂长度为5cm的色层柱的洗脱效果较好，均大于95%，而对树脂长度为10cm的色层柱的洗脱效果则不理想。因此，为了使用尽可能少的树脂及使用少量的2mol/LKCl溶液达到最大的洗脱效率，选用树脂长度为5cm的色层柱进行吸附，并用30mL2mol/LKCl溶液洗脱比较理想。

表87.21 30mL2MKCl溶液对不同树脂长度色层柱的洗脱率

3)由于Dowex50W-X8树脂对NO^-₃的吸附率大于97%，洗脱率近于100%(Garten，1992)，即在吸附与洗脱过程中不会产生明显的氮同位素分馏。

4)阴离子交换树脂富集NO^-₃后，需进一步将其从洗脱液中分离出来。这一步常采用的方法是Kjeldahl法，操作复杂费时，易引起交叉污染，收集液体积较大，不利于送样，需进一步浓缩。本文采用扩散法处理洗脱液，既省力又有利，于小体积送样，不需进一步浓缩处理。扩散法提纯富集硝酸盐氮的回收率试验:先分2组对3种不同浓度的硝酸盐进行扩散:室温和50℃下扩散时间均为4d、7d、10d。另外，为了弄清楚杂质离子对KNO₃溶液扩散的影响，还进行了含SO₄^2-(1000mg/L)及Cl^-(1000mg/L)等杂质离子的KNO₃溶液在室温和50℃下均扩散4d和7d的实验。实验结果见图87.19。

图87.19 KNO₃溶液在不同条件下的扩散回收率

从图中可以清楚地看出，室温条件下的扩散均不理想，即使进行10d扩散，回收率也难以到达80%;50℃条件下进行扩散，回收率随扩散时间的延长而增大，在扩散10d后，回收率均>95%。上述实验还表明，杂质在室温时对硝酸盐溶液的扩散影响较大，而在50℃时则较小。结果表明在50℃条件下扩散10d是比较理想的条件，硝酸盐回收率高(>95%)，扩散过程中不会发生明显的氮同位素分馏。

参考文献

肖化云，刘丛强.2001.水样氮同位素分析预处理方法的研究现状与进展.岩矿测试，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.

本节编写人: 肖化云、刘丛强 (中国科学院地球化学研究所) 。

⑤ 如图是实验室制取酚醛树脂的装置图（烧杯底部垫有石 棉网）。 （1）装置中的一处错误是_______________