硫检测方法和试剂盒的制作方法
【专利摘要】检测建筑材料如沥青混合料或混凝土中硫的存在的方法，其包括步骤：(a)将一定量的建筑材料加入溶剂中，形成测试溶液，其中溶剂能够溶解建筑材料中存在的全部或部分的任何硫，并且其中溶剂与水溶液是可混溶的；和(b)通过以下方法检测所述测试溶液中硫的存在：(i)将引起测试溶液中存在的部分或全部的任何硫沉淀的试剂加入溶液中；和(ii)在沉淀形成后测量所述测试溶液的浊度。本发明进一步涉及硫检测试剂盒，其用于检测建筑材料如沥青混合料或混凝土中硫的存在。
【专利说明】硫检测方法和试剂盒 发明领域
[0001] 本发明涉及用于检测建筑材料如浙青混合料（asphalt)和混凝土中硫存在的方 法。本发明还涉及硫检测试剂盒，其用于检测建筑材料如浙青混合料和混凝土中硫的存在。
[0002] 发明背景
[0003] 在道路建造和道路铺设工业中，成熟实用的方法是利用热的液体浙青（bitumen) 涂覆骨料（aggregate)材料，例如沙子、砂碌、碎石或其混合物，在其还热的时候将涂覆的 材料在路基或先前建造的道路上铺展为均匀层，并通过重压路机滚压来将均匀层压实，以 形成表面光滑的道路。
[0004] 浙青与骨料材料例如沙子、砂砾、碎石或其混合物的组合被称作"浙青混合料"。 浙青，也被称作"浙青混合料粘合剂"，通常是一种含有浙青质、树脂和溶剂的液体粘合剂。 浙青可以例如包含源自石油残余物的干馏混合物，所述石油残余物如残油、焦油、或浙青 (pitch)、或其混合物。
[0005] 本领域已知可以将硫与浙青混合，用于筑路和铺路工业中的应用。通过元素硫取 代常规粘合剂中的一些浙青来配制硫改性浙青。可以将硫以固体小球形式，例如依据商品 名Thiopave(RTM)可以从Shell商业购得的那些，掺入浙青混合料中。
[0006] Thiopave(RTM)是硫基粘合剂，其可以用作浙青混合料中的部分浙青替代物，以生 产用于铺路应用的含硫浙青混合料。Thiopave(RTM)可以替代常规浙青混合料中高达25% 体积的浙青含量。在已经加入骨料和浙青后将其掺入浙青混合料混合顺序中，并且这种混 合物的残余热能引起小球熔化。当使用Thiopave(RTM)时，确保生产温度不超过145°C是最 重要的，否则存在相当大的硫化氢（H2S)形成和释放的风险。
[0007] 受消费者对可持续产品需求的驱动，浙青混合料公司正在评价各种方法，以降 低他们对原始集料供应的依赖。越来越多地，使用再循环的浙青混合料刨屑（recycled asphalt planings, RAP)作为浙青混合料制剂的一部分被视为部分解决方案。RAP是通过 粉碎或碾磨刨屑（从浙青混合料路面提取的）形式的浙青混合料、不合格的浙青混合料或 返回的料来再循环集料的方法。RAP可以用作浙青混合料制剂的一部分或用作原始骨料的 替代。地方性浙青混合料规范限定了浙青混合料混合物中可允许的RAP含量。因为RAP 中的骨料已经涂覆在粘合剂中，因此它的使用意味着与全部包含原始骨料的浙青混合料相 t匕，所述浙青混合料制剂中的新鲜粘合剂含量更低。RAP在加入浙青/粘合剂之前，连同骨 料一起掺入浙青混合料中。
[0008] 未来的应用将需要使用含硫浙青混合料作为RAP，并且因此，考虑含硫浙青混合料 的可持续方面是重要的，特别是其是否容易再循环以及其是否能作为RAP使用。
[0009] 因为含硫浙青混合料需要保持在低于145°C，含有基于含硫浙青混合料的RAP的 浙青混合料需要在比含有基于常规浙青混合料的RAP的浙青混合料温度更低的温度下进 行加工。因此，对基于常规浙青混合料的RAP和基于含硫浙青混合料的RAP的区分能力是 最重要的。
[0010]目前，不存在市售的可用于检测路面是否含有常规浙青混合料或硫改性浙青混合 料的商品。将来，可能可以追踪这些含硫浙青混合料路面被置于何处。如果精确地知道含 硫浙青混合料路面的铺设位置，那么将确切知道使用哪种循环方法。然而，这将给保存关于 何处放置这样的硫改性浙青混合料的精确记录带来很大负担。
[0011] 本发明的发明人已经开发了用于检测含硫材料中硫的方法，所述含硫材料如含硫 建筑材料，例如，浙青混合料或混凝土。本发明的发明人还开发了硫检测试剂盒，用于检测 含硫材料如浙青或混凝土中是否存在硫。
[0012] 发明概述
[0013] 根据本发明，提供了一种检测建筑材料如浙青混合料或混凝土中硫的存在的方 法，该方法包括步骤：
[0014] (a)将一定量的所述建筑材料加入溶剂中，形成测试溶液，其中所述溶剂能够溶解 建筑材料中存在的全部或部分的任何硫，并且其中溶剂与水性溶液是可混溶的；和
[0015] (b)通过以下方法检测所述测试溶液中硫的存在：
[0016] (i)将引起测试溶液中存在的部分或全部的任何硫沉淀的试剂加入溶液中；和
[0017] (ii)在沉淀形成后测量测试溶液的浊度。
[0018] 根据本发明的另一个方面，提供了硫检测试剂盒，其用于检测建筑材料如浙青混 合料或混凝土中硫的存在，其中所述硫检测试剂盒包括：
[0019] (a)溶剂，其中溶剂能够溶解建筑材料中存在的部分或全部的任何硫以形成测试 溶液，并且其中溶剂与水性溶液是可混溶的；和
[0020] (b)用于检测测试溶液中硫的存在的装置，其包括：
[0021] (i)引起测试溶液中存在的部分或全部的任何硫沉淀以形成浑浊溶液的试剂。
[0022] 发明详沭
[0023] 用于本发明中的溶剂可以是能够溶解待测试材料中存在的部分或全部的任何硫 的任何溶剂。用于本发明中的溶剂还必须是与水性溶液可混溶的。
[0024] 用于本文中的合适溶剂是醇溶剂，优选选自异丙醇、乙醇、丙醇、正丁醇、仲丁醇、 叔丁醇，及其混合物。在本发明特别优选的实施方式中，所述溶剂是异丙醇。
[0025] 所述溶剂用于溶解待测试材料中存在的全部或部分的任何硫，以形成测试溶液。
[0026] 用于本文中的方法和试剂盒中的浙青混合料或混凝土的典型量为Ig至100g、优 选2g至80g、更优选3g至50g、并且尤其是5g至20g。
[0027] 用于本发明中的醇溶剂的体积优选为ImL至500mL、更优选3mL至200mL、甚至更 优选5mL至40mT,n
[0028] 在本发明的硫检测方法中，其包括步骤（b):
[0029] (b)通过以下方法检测测试溶液中硫的存在：
[0030] (i)将引起测试溶液中存在的部分或全部的任何硫沉淀的试剂加入测试溶液中； 和
[0031] (ii)在沉淀形成后测量所述测试溶液的浊度。
[0032] 硫检测试剂盒包括用于检测所述测试溶液中硫的存在的装置，其包括：
[0033] ⑴引起测试溶液中存在的部分或全部的硫沉淀的试剂。
[0034] 可以引起所述测试溶液中存在的部分或全部硫沉淀出溶液的任何试剂适用于本 文中。这样的试剂应当与能够溶解所述建筑材料中存在的全部或部分硫的试剂可混溶。所 述试剂优选是水或水性盐溶液。用于水性盐溶液中的合适的盐包括，但不必定限于碱金属 卤化物、碱土金属齒化物、碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、碱金属硝酸盐、碱土金属硝酸 盐、碱金属碳酸盐、碱土金属碳酸盐等，及其混合物，更优选碱金属齒化物和碱土金属卤化 物。
[0035] 用于本文中的水性溶液中的合适的碱土金属卤化物选自氯化钙、氯化镁，及其混 合物。
[0036] 用于本文中的水性溶液中的合适的碱金属卤化物选自氯化锂、氯化钠、氯化钾，及 其混合物。
[0037] 在本发明的优选实施方式中，所述水性盐溶液是碱土金属卤化物，优选氯化钙。
[0038] 优选所述水性盐溶液具有0. 0001M至I. OM的浓度、更优选0. 0005M至0. 1M、并且 甚至更优选〇. 0007M至0. 07M。
[0039] 当测试溶液中存在的全部或部分硫沉淀出溶液时，测试溶液变得混浊或浑浊。溶 液的混浊外观是由存在的沉淀物悬浮引起的。不含这些杂质的溶液肉眼看起来是清澈的并 且具有低浊度。相反，混浊的溶液具有高浊度。
[0040] 尽管不希望受到理论的束缚，据信本发明利用了元素硫的溶剂化特点。因为硫在 醇（如，异丙醇）中是难溶的，用水性盐溶液（如氯化钙）处理浙青混合料样品的醇提取物 使得硫变得不可溶。
[0041] 可以通过视觉观察来实现对已经形成沉淀后的测试溶液浊度的测量。或者，可以 使用如比浊计或浊度计这样的装置实现测量。
[0042] 本文中的测试试剂盒的任选元件是：
[0043] (ii)在硫沉淀后用于测量溶液浊度的工具。
[0044] 在本发明的一个实施方式中，硫检测试剂盒不含用于硫沉淀后测量所述测试溶液 浊度的工具，而是相反地包括使用者说明书，其指导使用者使用这样工具以在硫沉淀后测 量测试溶液浊度。
[0045] 在硫沉淀后用于测量测试溶液浊度的优选工具是比浊计或浊度计。在本发明的优 选实施方式中，本文中所用的比浊计或浊度计是便携式的。
[0046] 可以以几种方式来测量浊度。在本发明中，浊度的测量优选基于光散射。在光散 射方法中，光束通过样品管；一些光不受阻碍地通过，然而一些光波与颗粒碰撞，使其偏离 其路径。放置在样品管周围的光检测器收集光束，直接通过样品管的光和散射光的相对强 度给出了池度的量度。量度的单位是Formazin Nephelometric Unit(FNU)(在ISO 7027 方法中）或Formazin Turbidity Unit(FTU)。合适的池度仪是商业上可购得的，例如，Hach 2100Qis便携式浊度计。
[0047] 在本发明的方法中，在将测试溶液加入到引起测试溶液中存在的部分或全部的任 何硫沉淀的试剂后的一定时间段后测量测试溶液的浊度。优选地，在将测试溶液加入到引 起测试溶液中存在的部分或全部的任何硫沉淀的试剂后的2至20分钟之间，更优选2至15 分钟之间，甚至更优选2至10分钟，并且尤其是5至10分钟之间，测量测试溶液的浊度。
[0048] 在本发明中，在全部或部分硫沉淀出溶液后优选具有150FNU或更高浊度的测试 溶液来表示浙青混合料和混凝土中硫的存在。
[0049] 在本发明特别优选的实施方式中，硫检测试剂盒是便携式的，其使得可以容易地 运送至待测试的场所例如，浙青混合料路面或混凝土结构。
[0050] 在本发明的优选实施方式中，硫检测试剂盒包括以下元件：
[0051] (1)容器，其含有溶剂，其（i)能够溶解待测试建筑材料中存在的部分或全部的任 何硫以形成测试溶液，和（ii)与水性溶液是可混溶的；和
[0052] (2)浊度管，其含有引起测试溶液中存在的部分或全部硫沉淀的试剂；和任选的
[0053] (3)移液管（例如，3ml-次性塑料移液管），其用于将一部分测试溶液转移至浊度 管。
[0054] 在本发明优选的实施方式中，硫检测试剂盒包括使用所述测试试剂盒进行本发明 的硫检测方法的说明书。
[0055] 本发明的硫检测方法和试剂盒可以用于检测浙青混合料路面或混凝土结构中硫 的存在并且因此可以决定怎样再循环路面或混凝土。
[0056] 现在将通过以下实施例来说明本发明，所述实施例不是用来限制本发明的范围。 实施例
[0057] 实施例 1-25
[0058] 使用本发明的方法和测试试剂盒评价了多种浙青混合料样品。以下表1中显示了 所测试的浙青混合料样品的Wt %硫、Wt %骨料和Wt %浙青方面的组成详细情况。
[0059] 使用含有以下设备的硫检测试剂盒进行本发明的硫检测方法：
[0060] L 塑料罐，含有 30ml IPA。
[0061] 2.浊度管，含有IOml 0· OOlM CaCl2 (水性溶液）。
[0062] 3.3ml-次性塑料移液管。
[0063] 程序需要称重10g+lg的每种待测试浙青混合料样品（大约3至4小片）装入含 有30ml异丙醇（IPA)的塑料罐中。通过涡旋，将样品和IPA连续混合2分钟。2分钟后， 将6ml所得到的溶液转移至含有IOmlO. OOlM CaCl2 (水性溶液）的浊度管中。将管密封并 剧烈摇晃10秒钟。将管置于浊度计（Hach 2100Qis便携式浊度计）中。5分钟后，按下读 数按钮并且注意浊度结果。如果读数接近200FNU(±40FNU)，则再过5分钟后获取再一次 的读数。如果5分钟后，浊度读数显著高于或低于200FNU，则停止测试。如果浊度读数在 ±40FNU内，则再过5分钟后获取再一次的读数。浊度读数显示于以下的表1中。
[0064] 从表1中的数据可以看到，所有含硫样品均具有高于200FNU(Formazin Nephelometric Unit)的池度值，而无硫样品显示出低于130FNU的值。
[0065] 表 1
[0066]
【权利要求】
1. 检测建筑材料如浙青混合料或混凝土中硫的存在的方法，其包括步骤： (a) 将一定量的所述建筑材料加入溶剂中，形成测试溶液，其中所述溶剂能够溶解建筑 材料中存在的全部或部分的任何硫，并且其中所述溶剂与水性溶液是可混溶的；和 (b) 通过以下方法检测所述测试溶液中硫的存在： (i) 将引起所述测试溶液中存在的全部或部分的任何硫沉淀的试剂加入所述溶液中； 和 (ii) 在沉淀形成后测量所述测试溶液的浊度。
2. 根据权利要求1的方法，其中在所述试剂加入所述测试溶液后的2分钟至20分钟的 时间段内进行步骤（ii)。
3. 根据权利要求1或2的方法，其中所述建筑材料中硫的存在显示为所述硫沉淀出溶 液后所述测试溶液具有150FNU或更高的浊度。
4. 根据权利要求1至3任一项的方法，其中所述溶剂是醇溶剂。
5. 根据权利要求1至4任一项的方法，其中引起所述测试溶液中存在的部分或全部的 任何硫沉淀的所述试剂选自水或水性盐溶液。
6. 根据权利要求5任一项的方法，其中所述水性盐溶液的盐选自碱金属卤化物、碱土 金属齒化物、碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、碱金属硝酸盐、碱土金属硝酸盐，及其混合 物。
7. 根据权利要求6的方法，其中所述盐是碱土金属卤化物。
8. 根据权利要求7的方法，其中所述碱土金属卤化物是氯化钙。
9. 根据权利要求2至8任一项的方法，其中所述测试溶液的浊度通过使用浊度计测量。
10. -种用于检测建筑材料如浙青混合料或混凝土中硫的存在的硫检测试剂盒，其中 所述硫检测试剂盒包括： (a) 溶剂，其中所述溶剂能够溶解所述建筑材料中存在的部分或全部的任何硫，形成测 试溶液，并且其中所述溶剂与水性溶液是可混溶的；和 (b) 用于检测所述测试溶液中硫的存在的工具，其包括： (i) 引起所述测试溶液中存在的部分或全部的任何硫沉淀以形成浑浊溶液的试剂。
11. 根据权利要求10的硫检测试剂盒，其中所述用于检测所述测试溶液中硫的存在的 工具进一步包括： (ii) 在硫沉淀后用于测量所述测试溶液的浊度的工具。
12. 根据权利要求11任一项的硫检测试剂盒，其中所述在沉淀形成后用于测量所述测 试溶液的浊度的工具是浊度计。
13. 根据权利要求10至12任一项的硫检测试剂盒，其中所述硫检测试剂盒是便携式 的。
【文档编号】G01N33/38GK104246496SQ201380018065
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年3月14日 优先权日:2012年4月2日
【发明者】M·J·丘吉泰, J·科朗热, H·H·琼斯, F·P·D·舒尔蒙 申请人:国际壳牌研究有限公司