流化床中煤燃燒過程N(yùn)O形成及分解機(jī)理的初步實(shí)驗(yàn)_第1頁
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文檔簡介

熱工實(shí)驗(yàn)技術(shù)與數(shù)據(jù)處理第十五講李彥第五節(jié)傅立葉紅外光譜儀

一、概述紅外光譜儀的用途:用來鑒別化合物和確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu),對(duì)單一組分或混合物中各組分也可以進(jìn)行定量分析,尤其對(duì)一些較難分離并在紫外、可見區(qū)找不到明顯特征峰的樣品也可以方便、迅速地完成定量分析。紅外與色譜聯(lián)用可以進(jìn)行多組分樣品的分離和定性。與熱失重聯(lián)用可進(jìn)行材料的熱穩(wěn)定性研究。與拉曼光譜聯(lián)用可得到紅外光譜弱吸收的信息。第一代紅外光譜儀以棱鏡為色散元件第二代紅外光譜儀以光柵為色散元件傅立葉變換紅外光譜儀(第三代紅外光譜儀),無分光系統(tǒng),一次掃描可得到全譜二、傅立葉變換紅外光譜儀的特點(diǎn)掃描速度快,1秒內(nèi)可測得多張紅外譜光通量大,可以檢測透射率比較低的樣品,并能檢測不同的樣品:氣體、固體、液體、薄膜和金屬鍍層分辨率高,便于觀察氣態(tài)分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)測定光譜范圍寬主要優(yōu)點(diǎn):高檢測靈敏度 1.高光通量 2.高信噪比(多路傳輸、多次測量) 3.抗雜散光能力強(qiáng)高測量精度高分辨率測量速度快測量波段寬,全波段分辨率一致三、基本原理主要是依據(jù)分子內(nèi)部原子間的相對(duì)振動(dòng)和分子轉(zhuǎn)動(dòng)等信息進(jìn)行測定雙原子分子振動(dòng)只能發(fā)生在連接兩個(gè)原子的直線上,并且只有一種振動(dòng)方式。其振動(dòng)頻率取決于化學(xué)鍵常數(shù)和原子的折合質(zhì)量。多原子分子振動(dòng)則有多種振動(dòng)方式。紅外光譜法研究的是分子中原子的相對(duì)運(yùn)動(dòng),也可歸結(jié)為化學(xué)鍵的振動(dòng)。不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán),其振動(dòng)能級(jí)從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)所需的能量不同,因此要吸收不同的紅外光。物質(zhì)吸收不同的紅外光,將在不同波長出現(xiàn)吸收峰,紅外光譜就是這樣形成的。

譜圖的橫坐標(biāo)是紅外光的波數(shù)(波長的倒數(shù)),縱坐標(biāo)是透過率。紅外波段通常分為近紅外(13300~4000cm-1)、中紅外(4000~400cm-1)和遠(yuǎn)紅外(400~10cm-1),研究最為廣泛的是中紅外區(qū)。

四、工作原理由固定平面鏡、分光器和可調(diào)凹面鏡組成傅立葉變換紅外光譜儀的核心部件--邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀的作用是將復(fù)色光變?yōu)楦缮婀?。中紅外干 涉儀中的分束器主要是由溴化鉀材料制成的。由光源發(fā)出的紅外光經(jīng)過固定凹面鏡后,由分光器分為兩束:50%的光投射到可調(diào)凹面鏡,另外50%的光反射到固定平面鏡。可調(diào)凹面鏡移動(dòng)至兩束光光程差為半波長的偶數(shù)倍時(shí),這兩束光發(fā)生相長干涉,干涉圖由紅外檢測器獲得,經(jīng)過計(jì)算機(jī)傅立葉變換處理后得到紅外光譜圖?;窘Y(jié)構(gòu)應(yīng)用軟件Spectrumv2.00用于掃描背景和樣品SpectrumBeer’sLaw用于建立定量測量的方法TimeBase用于隨時(shí)間變化監(jiān)測樣品變化Spectrumv2.00SpectrumBeer’sLaw氣體標(biāo)定圖4配氣氣系統(tǒng)圖Method:Name:cg4-n2o//定量標(biāo)定方方法的名稱Version:3//版本號(hào),即即修改次數(shù)Analyst:xiao//操作者Description://描述Comment://注釋Created:10/05/200005:49//創(chuàng)創(chuàng)建時(shí)間LastModified:10/05/200005:56//最最后修改時(shí)間間No.ofcomponents:2//氣體體成分分?jǐn)?shù)量量No.ofstandards:10//不同同濃度度標(biāo)氣氣數(shù)量量Components://擬建建立定定量方方法的的某種種氣體體的相相關(guān)參參數(shù)Name:N2O//氣體體名稱稱Units:ppm//濃度度單位位PeakRatio:NO//是否否采用用“峰峰比””CalculationType:MaximumHeight//計(jì)算算方法法Start:2224.00//起始始波數(shù)數(shù)End:2143.00//終止止波數(shù)數(shù)BaselineCorrected:NO//是否否采用用基線線校正正CalibrationLine://標(biāo)定定直線線特性性Slope:431.1985//斜斜率Intercept:-0.4820//截截距Correlation:0.9995//相相關(guān)系系數(shù)Standarderror:0.3620//標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)方方差StdErrofPrediction:0.5615//預(yù)預(yù)計(jì)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)方方差Standard:Value:Residual://標(biāo)定定結(jié)果果cg4_13.70000.3142cg4_1040.00000.6469cg4_25.40000.3517cg4_38.3000-0.1065cg4_411.90000.0881cg4_514.6000-0.1414cg4_616.8000-0.1358cg4_719.2000-0.2845cg4_824.0000-0.3847cg4_925.9000-0.3480TimeBase初步實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)結(jié)果圖8淄博煤煤脫揮揮發(fā)分分曲線線圖初步實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)結(jié)果圖9蔚縣煤煤脫揮揮發(fā)分分曲線線圖初步實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)結(jié)果圖10大同煤煤脫揮揮發(fā)分分曲線線圖小結(jié)結(jié)1.原原理2.應(yīng)應(yīng)用定性分分析/定量量分析析固態(tài)/液態(tài)態(tài)/氣氣態(tài)樣樣品分辨率率/掃掃描次次數(shù)/掃描描間隔隔3.注注意事事項(xiàng)第六節(jié)節(jié)氣氣相色色譜儀儀一、概概述分析的的對(duì)象象:氣體、、可揮揮發(fā)的的物質(zhì)質(zhì)本質(zhì)::一種物物理分分離的的方法法,基基于不不同物物質(zhì)物物化性性質(zhì)的的差異異,在在兩相相(固固定相相和流流動(dòng)相相)構(gòu)構(gòu)成的的兩相相體系系中具具有不不同的的分配配系數(shù)數(shù)(或或吸附附性能能),,當(dāng)兩兩相作作相對(duì)對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí),,這些些物質(zhì)質(zhì)隨流流動(dòng)相相一起起遷移移,并并在兩兩相間間進(jìn)行行反復(fù)復(fù)多次次的分分配((吸附附-脫脫附或或溶解解-析析出)),使使得那那些分分配系系數(shù)只只有微微小差差別的的物質(zhì)質(zhì),在在遷移移速度度上產(chǎn)產(chǎn)生了了很大大的差差別。。經(jīng)過過一段段時(shí)間間后,,各組組分之之間達(dá)達(dá)到了了彼此此的分分離。。被分分離的的物質(zhì)質(zhì)順序序地通通過檢檢測裝裝置,,給出出每個(gè)個(gè)物質(zhì)質(zhì)的信信息,,一般般是一一個(gè)對(duì)對(duì)稱或或不對(duì)對(duì)稱的的色譜譜峰。。通過過出峰峰的時(shí)時(shí)間和和峰面面積的的大小小,對(duì)對(duì)被分分離的的物質(zhì)質(zhì)進(jìn)行行定性性和定定量的的分析析。優(yōu)點(diǎn)::分離效效能高高,如如使用用毛細(xì)細(xì)管柱柱,每每米總總柱效效可達(dá)達(dá)106理論塔塔板數(shù)數(shù),100米長長的毛毛細(xì)管管柱,,2小小時(shí)內(nèi)內(nèi)從某某樣品品中分分析出出近300個(gè)組組分。。高選擇擇性,,它可可以對(duì)對(duì)同位位素、、空間間異構(gòu)構(gòu)體、、光學(xué)學(xué)異構(gòu)構(gòu)體進(jìn)進(jìn)行有有效的的分離離分析速速度快快,一一般分分析時(shí)時(shí)間為為幾分分鐘到到幾十十分鐘鐘,快快速分分析時(shí)時(shí),1秒內(nèi)內(nèi)可分分析7個(gè)組組分。。局限性性:如果沒沒有標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的的樣品品供對(duì)對(duì)照,,在定定性方方面將將存在在很多多困難難。彌補(bǔ)辦辦法::色譜-質(zhì)譜譜、色色譜-紅外外光譜譜、色色譜-原子子吸收收光譜譜二、工工作原原理原理:基于于組分分與固固定相相之間間的吸吸附或或溶解解作用用,相相鄰兩兩組分分之間間的分分離程程度,,既取取決于于組分分在兩兩相間間的分配系系數(shù),又取取決于于組分分在兩兩相間間的擴(kuò)散作作用和傳質(zhì)阻阻力。前者者與色色譜過過程的的熱力力學(xué)因因素有有關(guān),,后者者與色色譜過過程的的動(dòng)力力學(xué)因因素有有關(guān)。。塔板理理論::流出出曲線線方程程式c--氣氣相中中組分分的濃濃度W--進(jìn)樣量量VR--組組分的的保留留體積積V--載氣氣體積積n--理論塔塔板數(shù)數(shù)由流出出曲線線方程程可以以推導(dǎo)導(dǎo)出理理論塔塔板數(shù)數(shù)n的的計(jì)算算公式式n--理論論塔板板數(shù)VR--組組分的的保留留體積積tR--組組分的的保留留時(shí)間間y1/2--半半峰寬進(jìn)樣量越越大,色色譜峰越越高保留體積積越大,,色譜峰峰越低柱效越高高,色譜譜峰越高高早流出的的譜峰高高且窄后流出的的譜峰低低且寬速率理論論方程H--理理論塔板板高度A--渦流擴(kuò)散散項(xiàng)系數(shù)數(shù)B--分分子擴(kuò)散散項(xiàng)系數(shù)數(shù)CG--氣相傳傳質(zhì)阻力力系數(shù)CL--液項(xiàng)傳傳質(zhì)阻力力系數(shù)影響板高高的因素素很多,,但當(dāng)色譜體系系選定后后,唯一一的變數(shù)數(shù)就是載氣氣線速度度線速度較較小時(shí),后兩項(xiàng)項(xiàng)可以忽略,分分子擴(kuò)散散項(xiàng)是主主要因素素線速度較較大時(shí),傳質(zhì)阻阻力項(xiàng)是主要因因素三、儀器器結(jié)構(gòu)載氣系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)統(tǒng)分離系統(tǒng)統(tǒng)檢測系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)據(jù)處理理系統(tǒng)四、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)技術(shù)擔(dān)體處理理及固定定液涂浸浸擔(dān)體主要要起承擔(dān)擔(dān)固定液液的作用用,是多多孔的固固體顆粒粒,表面面應(yīng)是化化學(xué)惰性性的。色譜柱填填充、老老化和評(píng)評(píng)價(jià)確定最佳佳載氣流流速檢測器靈靈敏度的的測定載氣的選選擇沒有腐蝕蝕性,常常用的有有H2,N2,He,Ar根據(jù)檢測測器的特特性來決決定(如如熱導(dǎo)池池檢測器器,選氫氫氣或氦氦氣做載載氣載氣的控控制調(diào)節(jié)最佳佳載氣流流速保持恒定定流速返回載氣氣進(jìn)樣系系統(tǒng)統(tǒng)注射器進(jìn)進(jìn)樣:微量注注射器氣體進(jìn)樣樣閥:六通閥,,氣體進(jìn)進(jìn)樣的體體積比較較大,進(jìn)進(jìn)樣量由由定量管管決定。。自動(dòng)進(jìn)樣樣器分流進(jìn)樣樣器:樣品汽化化后,一一小部分分被載氣氣帶入色色譜柱中中,一大大部分被被放空,,放空部部分與進(jìn)進(jìn)入色譜譜柱部分分之比為為分流比比,一般般分流比比為10~100汽化室::把液體樣樣品瞬間間加熱變變成蒸汽汽,然后后有載氣氣帶入色色譜柱。。返回分離系系統(tǒng)統(tǒng)色譜柱((氣相色色譜儀的的心臟))填充柱::直徑2-6mm;柱長長0.5-10m填充物質(zhì)質(zhì),利用用相似相相溶的原原則選擇擇毛細(xì)管柱柱:直徑0.1-0.5mm;柱柱長20-100m沒有填料料,內(nèi)壁壁涂一層層固定液液膜或吸吸附劑返回檢測系系統(tǒng)統(tǒng)熱導(dǎo)檢測測器:濃度型檢檢測器,,基于不不同物質(zhì)質(zhì)具有不不同的熱熱導(dǎo)系數(shù)數(shù),當(dāng)被被測組分分與載氣氣的熱導(dǎo)導(dǎo)系數(shù)不不同時(shí),,電橋輸輸出不平平衡信號(hào)號(hào)。幾乎乎對(duì)所有有的物質(zhì)質(zhì)都有響響應(yīng),是是目前應(yīng)應(yīng)用最廣廣泛的通通用型檢檢測器。。氫火焰離離子化檢檢測器::質(zhì)量型檢檢測器,,是利用用有機(jī)物物在氫火火焰中離離子化的的機(jī)理,,當(dāng)微量量有機(jī)物物被引入入氫火焰焰時(shí),產(chǎn)產(chǎn)生大量量的碳正正離子,,電流急急劇增加加,將該該電流轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為電電壓信號(hào)號(hào),便可可作為被被分離組組分的信信息。是是對(duì)有機(jī)機(jī)化合物物進(jìn)行分分析的常常用檢測測器。靈靈敏度高高,線性性范圍寬寬,響應(yīng)應(yīng)穩(wěn)定可可靠,但但只能檢檢測那些些在氫火火焰中燃燃燒產(chǎn)生生大量碳碳正離子子的有機(jī)機(jī)化合物物。電子捕獲獲檢測器器:濃度型檢檢測器。。放射性性離子化化檢測器器,基于于載氣分分子(N2)通過檢測測器時(shí),,在輻射射線是作作用下電電離成正正離子和和自由電電子,自自由電子子在電場場條件下下形成檢檢測器的的基流。。當(dāng)對(duì)電電子有親親合力的的點(diǎn)負(fù)性性強(qiáng)的組組分進(jìn)入入檢測器器時(shí),這這些組分分捕獲電電子,形形成帶有有負(fù)電荷荷的離子子,由于于電子被被捕獲,,因而降降低了檢檢測器原原有的基基流,電電信號(hào)發(fā)發(fā)生了變變化,這這個(gè)變化化與被測測組分濃濃度成正正比?;鹧婀舛榷葯z測器器:對(duì)含硫和和含磷化化合物有有比較高高的靈敏敏度和選選擇性。。當(dāng)含磷磷和含硫硫物質(zhì)在在富氫火火焰(即即有過剩剩氫存在在的還原原焰)中中燃燒時(shí)時(shí),分別別發(fā)射具具有特征征的光譜譜,透過過干涉濾濾光片,,用光電電倍增管管測量特特征光的的強(qiáng)度,,但其強(qiáng)強(qiáng)度與被被測組分分的含量量不是簡簡單的線線性關(guān)系系。返回第七節(jié)高高效液液相色譜譜儀(HPLC)液相色譜譜:以液體作作流動(dòng)相相類型:吸附色譜譜分配色譜譜凝膠色譜譜應(yīng)用:用于分析析那些氣氣相色譜譜難以分分析的物物質(zhì),如如揮發(fā)份份差,極極性強(qiáng),,具有生生物活性性,熱穩(wěn)穩(wěn)定性差差的物質(zhì)質(zhì)吸附色譜譜固定相是固體吸吸附劑,,常用的的有硅膠膠、氧化化鋁、活活性炭等等無機(jī)吸吸附劑樣品主要要靠氫鍵鍵結(jié)合力力吸附到到硅羥基基上,和和流動(dòng)相相分子競競爭吸附附點(diǎn),反反復(fù)地被被吸附,,又反復(fù)復(fù)地被流流動(dòng)相分分子頂替替解吸,,隨著流流動(dòng)相的的流動(dòng)而而在柱中中向前移移動(dòng)。因?yàn)椴煌拇郎y測分子在在固定相相表面的的吸附能能力不同同,因而而吸附-解吸的的速度不不同,各各組分被被洗出的的時(shí)間也也就不同同,使得得各組分分彼此分分離應(yīng)用:用于結(jié)構(gòu)構(gòu)異構(gòu)體體分離和和族分離離。如石石油中烷烷、烯、、芳烴的的分離分配色譜譜原理:基于樣品品分子在在包覆于于惰性載載體上的的固定相相液體和和流動(dòng)相相液體之之間的分分配平衡衡,也稱稱液液色色譜特點(diǎn):化合鍵合合型固定定相,極極性很小小,而常常用的流流動(dòng)相,,如甲醇醇、乙睛睛以及它它們與水水的混合合溶液,,極性比比固定相相大,被被稱做反反向HPLC凝膠色譜譜原理:根據(jù)樣品品分子的的尺寸不不同而達(dá)達(dá)到分離離,又常常被稱做做體積排排阻或空空間排阻阻色譜。。固定相::多孔性填填料樣品分子子的分離離受填料料孔徑的的影響,,比填料料孔徑大大的樣品品分子不不能進(jìn)入入填料的的孔內(nèi),,最先流流出色譜譜柱;填填料顆粒粒上有很很多不同同尺寸的的孔,在在那些可可以進(jìn)入入填料孔孔內(nèi)的樣樣品分子子中,體體積較大大的樣品品分子可可以利用用的孔少少,所以以樣品分分子按體體積從大大到小的的順序依依次流出出色譜柱柱。流動(dòng)相的的作用不不是為了了控制分分離,而而是為了了溶解樣樣品或減減小流動(dòng)動(dòng)相粘度度。儀器結(jié)構(gòu)構(gòu)及原理理高壓泵::將流動(dòng)相相以穩(wěn)定定的流速速輸送到到色譜系系統(tǒng),其其流量變變化通常常要求小小于0.5%,,要求能能耐40-60MPa的高壓進(jìn)樣器::六通閥進(jìn)進(jìn)樣器,,進(jìn)樣體體積由10-50L的定量管確確定色譜柱::實(shí)現(xiàn)分離離的核心心部件,,要求柱柱效高、、柱容量量大和性性能穩(wěn)定定。最常常用的分分析型色色譜柱是是內(nèi)徑4.6mm,長長100-300mm的內(nèi)部部拋光的的不銹鋼鋼管柱,,內(nèi)部填填充5-10m粒徑徑的球形形顆粒填填充料。。檢測器::連續(xù)檢測測經(jīng)色譜譜柱分離離后的流流出物的的組成和和含量變變化的裝裝置。主主要利用用被測物物的某一一物理或或化學(xué)性性質(zhì)與流流動(dòng)相有有差異的的原理,,當(dāng)被測測物從色色譜柱流流出時(shí),,會(huì)導(dǎo)致致流動(dòng)相相背景值值發(fā)生變變化,從從而在色色譜圖上上以色譜譜峰的形形式表現(xiàn)現(xiàn)出來。。紫外-可可見光檢檢測器::有較高的的靈敏度度和選擇擇性,常常選擇被被測物質(zhì)質(zhì)能產(chǎn)生生最大吸吸收的波波長做檢檢測波長長。示差折光光檢測器器(RI):凡是與流流動(dòng)相的的折射率率有差別別的被測測物都可可以用RI檢測測。熒光檢測測器:當(dāng)某些物物質(zhì)被一一定強(qiáng)度度和波長長的紫外外光照射射后發(fā)射射出較激激發(fā)光波波長要長長的熒光光,熒光光強(qiáng)度與與激發(fā)光光強(qiáng)度、、量子效效率和樣樣品濃度度成正比比。有非非常高的的靈敏度度和良好好的選擇擇性,靈靈敏度要要比紫外外檢測法法高2-3個(gè)數(shù)數(shù)量級(jí)。化學(xué)發(fā)光光檢測器器:基于某些些物質(zhì)在在常溫下下進(jìn)行化化學(xué)反應(yīng)應(yīng),生成成處于激激發(fā)態(tài)的的反應(yīng)中中間體和和中間產(chǎn)產(chǎn)物,當(dāng)當(dāng)它們從從激發(fā)態(tài)態(tài)返回基基態(tài)時(shí)發(fā)發(fā)射出光光子,因因?yàn)槲镔|(zhì)質(zhì)激發(fā)態(tài)態(tài)的能量量來自于于化學(xué)反反應(yīng),故故稱化學(xué)學(xué)發(fā)光。。電化學(xué)檢檢測器::利用物質(zhì)質(zhì)的電活活性,通通過電極極上的氧氧化或還還原反應(yīng)應(yīng)進(jìn)行檢檢測。一一般只用用于檢測測那些既既沒有紫紫外吸收收,又不不產(chǎn)生熒熒光,但但有電活活性的物物質(zhì)。第八節(jié)離離子色色譜儀(IC)離子色譜譜:以離子性性物質(zhì)為為分析對(duì)對(duì)象的液液相色譜譜。用于于測量被被測物質(zhì)質(zhì)的離子子濃度區(qū)別:使用離子子交換劑劑固定相相和電導(dǎo)導(dǎo)檢測器器離子交換換色譜::使用低交交換容量量的離子子交換劑劑,這種種交換劑劑的表面面有交換換基團(tuán)。。帶負(fù)電電荷的交交換基團(tuán)團(tuán)可用于于陽離子子的分離離,帶正正電荷的的交換基基團(tuán)可用用于陰離離子的分分離。陰離子交交換過程程:由于靜電電場相互作用,,樣品陰陰離子以以及淋洗洗劑陰離子都都與固定定相中帶帶正電荷荷的交換基團(tuán)團(tuán)作用,,樣品離離子不斷斷進(jìn)入固定相相,又不不斷地被被淋洗離離子交換而進(jìn)進(jìn)入流動(dòng)動(dòng)相,在在兩相中中達(dá)到動(dòng)態(tài)平平衡,離子抑制制色譜::以酸堿平平衡理論論為依據(jù)據(jù),通過過降低((或增加加)流動(dòng)動(dòng)相pH值來抑抑制酸((或堿))的離解解,使酸酸(或堿堿)性離離子化合合物盡量量保持未未離解狀狀態(tài)。儀器結(jié)構(gòu)構(gòu)與原理理:第九節(jié)原原子發(fā)發(fā)射光譜譜儀(ICP)用途:用于快速速地進(jìn)行行多元素素同時(shí)測測定??煽蓽y定元元素周期期表中70余種種元素,,在冶金金、化工工、地質(zhì)質(zhì)、環(huán)境境保護(hù)、、材料科科學(xué)及能能源等領(lǐng)領(lǐng)域均有有廣泛地地應(yīng)用。。原理:原子或離離子受熱熱能、電電能或光光能作用用時(shí),外外層電子子得到一一定的能能量由低低能級(jí)E1躍遷遷到高能能級(jí)E2,這時(shí)時(shí)的原子子(或離離子)是是處于激激發(fā)態(tài)。。給予原原子(離離子)的的能量E=E1-E2,稱為為激發(fā)能能或激發(fā)發(fā)電位,,其單位位以電子子伏特eV表示示。處于于激發(fā)態(tài)態(tài)的原子子中電子子是不穩(wěn)穩(wěn)定的,,它只能能在高能能態(tài)的軌軌道上停停留約10-8秒,然后自發(fā)發(fā)地躍遷遷到低能能級(jí)軌道道上,其其能量以以光的形形式發(fā)射射出來,,形成一一條譜線線。處于高能能級(jí)的電電子亦可可經(jīng)過幾幾個(gè)中間間能級(jí)躍躍遷回到到原能級(jí)級(jí),這時(shí)時(shí)可產(chǎn)生生幾種不不同

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