路用瀝青紅外光譜技術國內研究現狀綜述
導讀:近紅外光譜主要反映C-H、O-H、N-H、S-H等有機化合物和混合物的化學鍵信息,瀝青作為典型的有機混合物,用紅外光譜可以直接對其組成結構進行定性和定量分析。近年來,紅外光譜技術
來源:未知
發布日期:2019-10-17 09:11【大 中 小】
引言
近紅外光譜主要是反映C-H、O-H、N-H、S-H等化 學鍵的信息,分析范圍幾乎可覆蓋所有的有機化合物 和混合物。其獨有的優點決定了其具有廣泛的應用領 域,包括石油及石油化工、基本有機化工、精細化工、冶 金、生命科學、制藥、醫學臨床、農業、食品、飲料、煙草、 紡織、造紙、化妝品、質量監督、環境保護、高校及科研 院所等。在石化領域可測定油品的辛烷值、族組成、十 六烷值、閃點、冰點、凝固點、餾程、MTBE含量等;在農 業領域可以測定谷物的蛋白質、糖、脂肪、纖維、水分含 量等;在醫藥領域可以測定藥品中有效成分,組成和含 量;亦可進行樣品的種類鑒別,如酒類和香水的真假辨 別,環保廢棄物的分檢等。 瀝青作為典型的有機混合物,用紅外光譜可以直 接對其組成結構進行定性和定量分析。幾年來,其在 路用瀝青方面的應用日益廣泛,主要集中在瀝青的真 偽鑒別、SBS 改性瀝青中SBS含量的檢測、瀝青性能預 測和瀝青老化機理及再生機理分析四大類。本文著重 對這幾種研究工作的進展情況進行調研和梳理。
瀝青真偽鑒別
瀝青真偽鑒別是指采用紅外光譜技術,對一個或 多個已知宏觀性能且性能合格的瀝青進行紅外光譜檢 測,將其光譜作為標準光譜入庫,對未知樣品進行紅外 光譜掃描,將未知樣品的紅外光譜與光譜庫中的紅外 光譜進行比對,比對采用軟件自動識別,以判定未知樣 品的產地、型號是否為之前約定來源的瀝青,從而達到 對未知瀝青真偽識別的目的。 上海昌吉地質儀器有限公司收集了甘肅市場常見的9個品牌、不同等級的近2000種瀝青,建立了瀝青“指紋識別數據庫”,并 將所有的數據庫導入瀝青紅外自動識別軟件,操作人 員只需采集譜圖,檢索數據庫,該軟件可自動識別瀝青 品牌以及改性瀝青改性劑的摻量。
上海昌吉公路儀器針對SBS改性瀝青提出應用現場樣品與標準 樣品光譜相似度分析的現場檢測方法,結果表明,與標 準樣品的光譜相似度在閾值之內的現場樣品,其性能 滿足技術要求,采用光譜相似度比對的方法,僅用一個 樣品也可進行瀝青的真偽鑒別。采用上海昌吉紅外光譜瀝青智能檢測儀開展瀝青真偽的檢測,該紅外光譜瀝青智能檢測系統,由便攜 式瀝青指紋識別儀、瀝青指紋識別快速檢測軟件、系統 服務器和預警系統四部分組成。在施工現場,識別儀 采集的數據經過軟件分析后,數據和分析結果通過網 絡實時傳輸到系統服務器,可在網站上直接對瀝青進 行分析監控,若某項目部瀝青檢測結果異常,通過預警 短信,立刻反饋給監管部門。
上述研究主要分為利用瀝青的主要特征吸收峰的 形式進行紅外光譜比對和利用瀝青的全譜圖進行比對 兩種形式。都是通過分析未知樣品與已知樣品譜圖的 變化對比來實現瀝青的真偽鑒別。
SBS改性瀝青中SBS含量檢測
SBS含量檢測是制備不同SBS摻量的SBS改性瀝 青,采用北京北分瑞利紅外光譜儀對各種摻量的SBS改性瀝青進行紅 外光譜掃描,通過計算特征吸收峰的峰值或面積,將其含量建立數學模型,以實現對未知樣品中SBS含量的定量測試。目前,國內在這方面也開展了大量的 研究工作。上海昌吉瀝青試驗器研究了不同品牌的基質瀝青、不同品種及 摻量的 SBS 改性劑、不同化樣次數對 SBS 改性瀝青化 學特性的影響,利用衰減全反射紅外光譜法表征組成 瀝青的各組分官能團變化,并對 SBS 改性瀝青紅外光 譜圖特征峰進行了分析。研究表明,基質瀝青種類、 SBS改性劑品種及摻量和化樣次數的不同均不會對改性瀝青紅外吸收峰的位置造成影響;通過A699/A1377、 A966/A1377判斷已知組成的SBS改性瀝青中SBS改性 劑摻量、基質瀝青品牌等信息。 上海昌吉地質儀器有限公司通過對基質瀝青、SBS改性劑和SBS改性瀝青紅外光譜圖的分析,得出966cm-1 是SBS結構中反 式丁二烯的特征峰,可作為SBS定量檢測的特征參數; 1377cm-1 是基質瀝青特有的吸收峰,可作為標準使用; 利用朗伯-比爾定律測量 SBS 改性瀝青光譜圖的特征 峰,建立了A966/A1377評價指標,通過5種不同SBS摻 量試驗結果的線性回歸分析,形成了SBS含量的檢測方 法,精度分析顯示其相對誤差較小,精確度可達 1%以上。
部分研究表明,通過建立SBS含量與SBS特征吸收 峰高或峰面積,或 SBS 特征吸收峰高/瀝青特征吸收峰 高的線型回歸曲線或其他數學模型,可以對SBS含量進 行定量測定,部分研究測試精度可達1%以上。但也有 研究認為,同一樣品平行檢測結果重現性差,采用紅外 光譜只宜進行定性分析,難以達到精確的定量分析。筆 者認可第二種研究意見,因為SBS改性劑在瀝青中分散 的均勻性直接影響測試的準確度,如果想進行準確的定 量分析,如何確保SBS在瀝青中絕對均勻的分散是一大 難題,也是該類研究不可回避的問題。
瀝青性能預測
瀝青性能預測是指利用現代化學分析方法,收集大 量的瀝青樣品,將瀝青的宏觀路用性能與瀝青的紅外光譜建立數學模型,實現對未知瀝青性能的有效預測。目前,國內相關研究還在起步階段。
瀝青老化及再生機理分析
瀝青老化及再生機理分析是利用紅外光譜儀對老 化前后、再生前后的瀝青進行紅外光譜掃描,通過分析 瀝青各種氧化官能團對應的紅外吸收峰的變化,從微觀 角度對瀝青老化、再生進行機理分析。目前國內也開展 了相關研究。
結語
紅外光譜檢測技術作為一種傳統的材料表征技 術,已經在有機物材料領域被廣泛應用,但其在公路工程領域的應用才剛剛開始。 上述的各項研究表明,瀝青作為典型的有機化合 物,上海昌吉地質儀器有限公司采用紅外光譜技術進行瀝青的真偽鑒別、SBS含量檢測、瀝青性能快速預測和瀝青老化與再生機理研究, 具有檢測速度快、人為干擾小、自身測試精度高等優 點,但其在實際應用中存在建模數量大、不同設備間模 型傳遞困難、定量檢測為間接檢測以及對標準樣品絕 對值準確度要求高等問題。因此,采用紅外光譜技術 進行路用瀝青的質量控制還有大量的研究難題需要相 關技術人員去逐一攻克。