一种红外光谱结合高温模拟蒸馏技术鉴别沥青品牌的方法
【专利摘要】本发明涉及一种红外光谱结合高温模拟蒸馏技术鉴别沥青品牌的方法，该方法包括以下步骤：⑴采用ATR附件分别得到所采集市售各品牌沥青的红外光谱图；⑵分别对所采集市售各品牌沥青的红外光谱图按常规方法进行平滑处理，确定标样沥青的特征吸收峰；⑶用气相色谱仪采集市售各品牌沥青的气相色谱图；⑷用高温模拟蒸馏软件处理市售各品牌沥青标样的气相色谱图中数据；⑸对未知沥青进行红外光谱测试，得到未知沥青的特征吸收峰；⑹对未知沥青进行气相色谱测试，得到未知沥青的气相色谱图；⑺对未知沥青的气相色谱图中的数据进行处理，得到未知沥青的沸程；⑻分别将未知沥青与标样沥青进行对比，最终确定未知沥青的品牌。本发明测试时间短，结果准确。
【专利说明】一种红外光谱结合高温模拟蒸馏技术鉴别沥青品牌的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及道路工程应用领域，尤其涉及一种红外光谱结合高温模拟蒸馏技术鉴 别浙青品牌的方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国国民经济的高速发展，公路建设里程呈快速上升趋势。截止2010年，我 国高速公路突破了 7. 5万公里，在国家"十二五"规划中，公路总里程将达到550?600万公 里。浙青路面由于噪音低、平整度好、便于维修等优点得到世界各国的广泛应用，其中90% 以上的公路都采用浙青路面，浙青是道路材料中的胶结料，其质量的好坏直接影响到了路 面的质量，所以，对浙青质量的评价是多年以来各国研究的重点。调查显示我国浙青市场仍 存在不合格的沥青产品，假冒伪劣现象时有发生。
[0003] 传统的简单物性检测方法不仅耗时耗力，且易受改性剂和稳定剂等添加剂的影 响，试验结果容易失真。由于浙青化学性质的复杂性，沥青规范开发了针对物理特性试验， 采用诸如针入度、软化点、延度等试验，这些物理特性试验在标准测试温度下进行，测试结 果被用来确定材料是否满足规范的标准，三大指标是评判沥青性能的传统检测方法，其简 单的操作是其它方法不可取代的，至今仍是公路行业检测浙青的主要方法。但这些测试方 法有很多局限性,还存在以下一些问题：⑴三大指标虽然操作简单，但是沥青要预先溶化， 从成模、养护到测试的时间长达4?5h，耗时较长；⑵有许多试验是经验性的，也就是说，在 试验得到有意义的信息之前先要有现场经验，针入度试验就是这样一个例子，针入度体现 了沥青的稠度，但是任何浙青针入度同性能之间的关系，必须通过经验获得；⑶针入度和粘 度、软化点等指标只能反映特定温度、特定荷载作用条件下的情况，而对于其它条件下沥青 的性能差异很难体现出来，有可能会把不同的沥青归类为相同等级，而实际上，这些沥青可 能在不同的温度条件下，性能特性完全不同，有可能不适合铺筑道路或当地气候，从而导致 路面病害的发生。因此，这些测试方法并不能完全识别鉴定，全面反映沥青的性能以及其在 路面的表现。
[0004] I"3年，美国联邦公路局完成了 SHRP计划，其重要研究成果就是Superpave，在 Superpave中，建立了新的浙青评价体系，新的指标通过工程学原理测量物理性质，并同现 场性能直接联系在一起，能够更全面的反映浙青的路用性能。但是SHRP检测指标费时费 力，且设备昂贵，均不能够及时有效地判定浙青质量。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种快速、准确的红外光谱结合高温模拟蒸馏 技术鉴别沥青品牌的方法。
[0006] 为解决上述问题，本发明所述的一种红外光谱结合高温模拟蒸馈技术鉴别沥青品 牌的方法，包括以下步骤： ⑴采用傅里叶红外光谱仪衰减全反射（ATR)附件首先采集背景的红外谱图，然后再分 别采集市售各品牌浙青谱图，最后扣除背景，即分别得到所采集市售各品牌沥青的红外光 谱图； ⑵分别对所述所采集市售各品牌沥青的红外光谱图按常规方法进行平滑基线校正处 理，得到标样沥青的优化红外光谱图，确定特征吸收峰； ⑶用气相色谱仪采集市售各品牌沥青的气相色谱图，其方法包括以下步骤： ① 气相色谱仪配置检测器为氢火焰离子化检测器、色谱柱为高温模拟蒸馏专用色谱 柱； ② 设置气相色谱仪运行条件后，运行气相色谱仪及其化学工作站，检测溶剂，建立空白 分析基线； ③ 保留时间对沸点校正：按常规方法将Polywax 655溶于二硫化碳，然后添加 C5-C18 的正构烷烃，即Agilent SiraDis校正混合物2号，作为校正样，然后在与所述步骤②相同 的运行条件下测试，即得校正样的沸点校正数据，并将该数据存入气相色谱仪化学工作站 中； ④ 参考油的测定：将气相色谱仪中指定的参考油溶解于溶剂中，然后在与所述步骤② 相同的运行条件下测试参考油，即得参考油的气相色谱图，并将该数据存入气相色谱仪化 学工作站中；所述溶剂与所述参考油的体积比为45?50 mL :1?2 mL ; ⑤ 市售各品牌沥青标样分析：将分别将市售各品牌浙青标样溶解于溶剂中，然后在与 所述步骤②相同的运行条件下分别测定市售各品牌沥青标样，即得市售各品牌浙青标样的 气相色谱图，并将该数据存入气相色谱仪化学工作站中；所述溶剂与所述市售各品牌浙青 标样的体积比为45?50 mL :1?2 mL ; ⑷用高温模拟蒸馏软件处理所述市售各品牌浙青标样的气相色谱图中数据，其方法包 括以下步骤： i单击进入样品分析栏，选取气相色谱仪化学工作站，调用软件自带的计算模版，确定 报告类型后，单击确认方法； ii进行基线分析，扣除所述步骤②所得的空白分析基线； iii建立校正表：调用气相色谱仪化学工作站中所述步骤③所得的沸点校正数据，进行 校正样分析，建立校正曲线和校正表； iv计算参考油：调用气相色谱仪化学工作站中所述步骤④所得的参考油的气相色谱图 中的数据，使用高温模拟蒸馏软件，计算沸程分布结果，将参考油的沸程分布测定结果与计 算软件中的参考数据进行比较，参考油的沸程分布结果应当在软件中所列参考油的再现性 区间内； V计算市售各品牌沥青标样：调用气相色谱仪化学工作站中所述步骤⑤所得的市售各 品牌浙青标样的MN. txt文件，使用高温模拟蒸馏软件，计算测定所述市售各品牌沥青标样 的沸程分布结果； vi报告形式：从实验开始计算所述市售各品牌浙青标样的收率，当收率为0. 5%时，把 该点温度定为样品的初馏点（IBP)，然后以回收率间隔为1%所对应的该回收率下的整点温 度作为市售各品牌沥青标样的沸程； (5)按所述步骤⑴~⑵的方法对未知沥青进行红外光谱测试，得到未知沥青红外光谱 图，确定其特征吸收峰； (6) 按所述步骤⑶的方法对未知沥青进行气相色谱测试，得到未知沥青的气相色谱图； (7) 按所述步骤⑷的方法对未知浙青的气相色谱图中的数据进行处理，得到未知沥青的 沸程； (8) 分别将所述步骤⑶所得的未知沥青的特征吸收峰和吸收峰面积与所述步骤⑵所得 的标样沥青的特征吸收峰和吸收峰面积进行对比，并分别将所述步骤 (7)所得的未知沥青的 沸程分布数据中初傭点与所述步骤vi所得的市售各品牌浙青标样的沸程分布数据中初馏 点进行对比，根据相同回收率对应的温度不同或者相同温度下对应的浙青回收率不同的原 贝1J，最终确定未知沥青的品牌。
[0007]所述步骤⑴中傅里叶红外光谱仪的工作条件是指光谱扫描范围为SOO'OOOcm1， 扫描次数32次，扫描间隔2cm1。
[0008] 所述步骤②中气相色谱运行条件是指炉箱初温45°C、炉箱初时Omin、炉箱程化速 率1(TC /min、炉箱终温43〇?、炉箱终时lOrnin、进样口初温80°c、进样口程化速率l〇°C / min、进样口终温43CTC /min、柱流量8mL/min、检测器温度435 C、运气40mL/min、fi;气400 mL/min、辅助气15 mL/min、进样量0· 4uL、样品质量浓度2· 0%。
[0009] 所述步骤④和所述步骤⑤中的溶剂均是指甲苯、二硫化碳、二氯乙烯中的一种。
[0010] 所述步骤⑴中傅里叶红外光谱仪的工作条件是指光谱扫描范围为SOOlOOOcnT1， 扫描次数32次，扫描间隔2CHT 1。
[0011] 所述步骤②中气相色谱运行条件是指炉箱初温45°C、炉箱初时Omin、炉箱程化速 率1(TC /min、炉箱终温43〇°C、炉箱终时lOrnin、进样口初温8〇°C、进样口程化速率1(TC / min、进样口终温43〇Γ /min、柱流量8mL/min、检测器温度4：35°C、氢气40mL/min、空气400 mL/min、辅助气15 mL/min、进样量0. 4uL、样品质量浓度2. 0%。
[0012] 所述步骤④和所述步骤⑤中的溶剂均是指甲苯、二硫化碳、二氯乙烯中的一种。
[0013] 本发明与现有技术相比具有以下优点： 1、本发明采用衰减全反射方法采集红外谱图，通过红外光谱仪分析浙青中极性组分的 分子组成，并与高温气相色谱模拟蒸馏方法相结合，达到鉴别沥青品牌的目的。
[0014] 2、本发明红外光谱仪操作简单，沥青无须预先加热或者是溶解，只需加热刮刀，取 沥青样在晶体上涂抹均匀即可，全程只需广2min，而且准确率高，数据可靠。
[0015] 3、本发明只需要采集待测沥青样品的红外光谱图和沸程分布数据，分析待测浙青 的红外特征吸收峰和沸程分布数据与标样沥青的相关性即可快速鉴别出与标样沥青是否 属于同一品牌沥青。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为用红外光谱仪采集的4种被测沥青的红外光谱图。其中：（a)为克炼-90# 浙青，（b)为SK-90#浙青，（c)为西石化-90#沥青，（d)为镇海-90#浙青。
[0017] 图2为气相色谱采集的4种被测沥青的气相色谱图。其中：（a)为克炼-90#沥青， (b)为SK-90#沥青，（c)为西石化-90#沥青，（d)为镇海-90#沥青。
[0018] 图3为四种沥青的红外光谱图比对。
[0019] 图4为四种沥青的气相色谱图比对。
[0020] 图5为四种浙青不同沸点区间的组分含量比对。
[0021] 图6为送检克炼-90#沥青与标样克炼-90#沥青的红外谱图比对。
[0022]图7为送检克炼-90#沥青与标样克炼-90#沥青不同沸点区间的组分含量比对 图。
【具体实施方式】
[0023] 一种红外光谱结合高温模拟蒸馏技术鉴别沥青品牌的方法，包括以下步骤： ⑴采用傅里叶红外光谱仪衰减全反射（ATR)附件首先采集背景的红外谱图，然后再分 别采集市售各品牌浙青谱图，最后扣除背景，即分别得到所采集市售各品牌沥青的红外光 谱图。
[0024] 其中：傅里叶红外光谱仪的工作条件是指光谱扫描范围为SOO'OOOcnf1，扫描次 数32次，扫描间隔2cm 1。
[0025] ⑵分别对所采集市售各品牌浙青的红外光谱图按常规方法进行平滑基线校正处 理，得到标样浙青的优化红外光谱图，确定特征吸收峰。
[0026] ⑶用气相色谱仪采集市售各品牌沥青的气相色谱图，其方法包括以下步骤： ①气相色谱仪配置检测器为氢火焰离子化检测器、色谱柱为高温模拟蒸馏专用色谱 柱。
[0027] ②设置气相色谱仪运行条件后，运行气相色谱仪及其化学工作站，检测溶剂，建立 空白分析基线。
[0028] 其中：气相色谱运行条件是指炉箱初温45°C、炉箱初时Omin、炉箱程化速率1(TC / min、炉箱终温430°C、炉箱终时10min、进样口初温80°C、进样口程化速率10°C /min、进样口 终温430°C /min、柱流量8mL/min、检测器温度435°C、氢气40mL/min、空气400 mL/min、辅 助气15 mL/min、进样量0· 4uL、样品质量浓度2. 0%。
[0029] ③保留时间对沸点校正：按常规方法将Polywax 655溶于二硫化碳，然后添加 C5-C18的正构院烃，即Agilent SimDis校正混合物2号，作为校正样，然后在与步骤②相 同的运行条件下测试，即得校正样的沸点校正数据，并将该数据存入气相色谱仪化学工作 站中。
[0030] ④参考油的测定：将气相色谱仪中指定的参考油溶解于溶剂中，然后在与步骤② 相同的运行条件下测试参考油，即得参考油的气相色谱图，并将该数据存入气相色谱仪化 学工作站中。
[0031] 其中：溶剂与参考油的体积比为4δ?5〇 mL :1?2 mL。
[0032] 溶剂均是指甲苯、二硫化碳、二氯乙烯中的一种。
[0033] ⑤市售各品牌浙青标样分析：将分别将市售各品牌沥青标样溶解于溶剂中，然后 在与步骤②相同的运行条件下分别测定市售各品牌浙青标样，即得市售各品牌沥青标样的 气相色谱图，并将该数据存入气相色谱仪化学工作站中。
[0034] 其中：溶剂与市售各品牌沏青标样的体积比为45?50 mL :广2 mL。
[0035] 溶剂均是指甲苯、二硫化碳、二氯乙烯中的一种。
[0036] ⑷用高温模拟蒸馏软件处理市售各品牌浙青标样的气相色谱图中数据，其方法包 括以下步骤： i单击进入样品分析栏，选取气相色谱仪化学工作站，调用软件自带的计算模版，确定 报告类型后，单击确认方法； ii进行基线分析，扣除所述步骤②所得的空白分析基线； iii建立校正表：调用气相色谱仪化学工作站中步骤③所得的沸点校正数据，进行校正 样分析，建立校正曲线和校正表； iv计算参考油：调用气相色谱仪化学工作站中所述步骤④所得的参考油的气相色谱图 中的数据，使用高温模拟蒸馏软件，计算沸程分布结果，将参考油的沸程分布测定结果与计 算软件中的参考数据进行比较，参考油的沸程分布结果应当在软件中所列参考油的再现性 区间内； v计算市售各品牌沥青标样：调用气相色谱仪化学工作站中步骤⑤所得的市售各品牌 浙青标样的MN. txt文件，使用高温模拟蒸馏软件，计算测定市售各品牌浙青标样的沸程分 布结果； vi报告形式：从实验开始计算市售各品牌沥青标样的收率，当收率为〇. 5%时，把该点 温度定为样品的初馏点（IBP)，然后以回收率间隔为1%所对应的该回收率下的整点温度作 为市售各品牌沥青标样的沸程。
[0037] (5)按步骤⑴?⑵的方法对未知沥青进行红外光谱测试，得到未知沥青红外光谱 图，确定其特征吸收峰。
[0038] (6)按步骤⑶的方法对未知沥青进行气相色谱测试，得到未知浙青的气相色谱图。
[0039] (7)按步骤⑷的方法对未知浙青的气相色谱图中的数据进行处理，得到未知沥青的 沸程。
[0040] ⑶分别将步骤(5)所得的未知沥青的特征吸收峰和吸收峰面积与步骤⑵所得的标 样沥青的特征吸收峰和吸收峰面积进行对比，并分别将步骤⑴所得的未知沥青的沸程分布 数据中初馈点与步骤vi所得的市售各品牌浙青标样的沸程分布数据中初馏点进行对比，根 据相同回收率对应的温度不同或者相同温度下对应的沥青回收率不同的原则，最终确定未 知浙青的品牌。
[0041] 以下实施例中，均采用美国赛默飞世尔科技公司生产的NIC0LET 6700型傅里叶 红外光谱仪采集红外光谱，均采用美国安捷伦公司7890A气相色谱仪采集沥青的气相色谱 图。
[0042] 傅里叶红外光谱仪安装衰减全反射附件(ATR)，仪器自动识别以后，进行光学台的 准直，准直完成以后设置采集背景方式为在lOOOmin以后，光谱扫描范围为650?4000cm 1， 扫描次数32次，扫描间隔2cm、将ATR晶体擦拭干净以后，进行背景采集并保存。将刮刀 加热以后插入沥青中取样，趁热将沥青涂抹在ATR晶体采集样品的谱图并保存。
[0043] 7890A气相色谱仪，配置冷柱头进样口、耐高温不锈钢毛细管柱、氢火焰离子化检 测器（FID)和高温模拟蒸馏软件。
[0044] 实施例1 以克炼-90#浙青为例，具体测试步骤如下： 1、光谱仪安装ATR附件，设置光谱扫描范围为650?4000〇1^，扫描次数32次，扫描间隔 2cm_1。先采集背景谱图，然后采集克炼-90#沥青谱图，见图ia。
[0045] 2、称取克炼-90#沥青0_03968，加2.0002 §052溶解。运行方法，测试沥青。获 得沥青的气相色谱图2a。
[0046] 3、调用高温模拟蒸馏软件，扣除基线，建立保留时间对沸点的校正表；调用参考油 测试数据，确定仪器的响应因子；分析克炼-90#沥青的色相色谱数据，得到该沥青的初馏 点和沸点分布曲线，见表1。
[0047] 表1克炼-90#沥青沸程切割区间结果
【权利要求】
1. 一种红外光谱结合高温模拟蒸馏技术鉴别浙青品牌的方法，包括以下步骤： (1)采用傅里叶红外光谱仪衰减全反射附件首先采集背景的红外谱图，然后再分别采集 市售各品牌浙青谱图，最后扣除背景，即分别得到所采集市售各品牌浙青的红外光谱图； ⑵分别对所述所采集市售各品牌浙青的红外光谱图按常规方法进行平滑基线校正处 理，得到标样浙青的优化红外光谱图，确定特征吸收峰； ⑶用气相色谱仪采集市售各品牌浙青的气相色谱图，其方法包括以下步骤： ① 气相色谱仪配置检测器为氢火焰离子化检测器、色谱柱为高温模拟蒸馏专用色谱 柱； ② 设置气相色谱仪运行条件后，运行气相色谱仪及其化学工作站，检测溶剂，建立空白 分析基线； ③ 保留时间对沸点校正：按常规方法将Polywax 655溶于二硫化碳，然后添加 C5-C18 的正构烷烃，即Agilent SimDis校正混合物2号，作为校正样，然后在与所述步骤②相同 的运行条件下测试，即得校正样的沸点校正数据，并将该数据存入气相色谱仪化学工作站 中； ④ 参考油的测定：将气相色谱仪中指定的参考油溶解于溶剂中，然后在与所述步骤② 相同的运行条件下测试参考油，即得参考油的气相色谱图，并将该数据存入气相色谱仪化 学工作站中；所述溶剂与所述参考油的体积比为45飞0 mL :1~2 mL ; ⑤ 市售各品牌浙青标样分析：将分别将市售各品牌浙青标样溶解于溶剂中，然后在与 所述步骤②相同的运行条件下分别测定市售各品牌浙青标样，即得市售各品牌浙青标样的 气相色谱图，并将该数据存入气相色谱仪化学工作站中；所述溶剂与所述市售各品牌浙青 标样的体积比为45?50 mL :1?2 mL ; ⑷用高温模拟蒸馏软件处理所述市售各品牌浙青标样的气相色谱图中数据，其方法包 括以下步骤： i单击进入样品分析栏，选取气相色谱仪化学工作站，调用软件自带的计算模版，确定 报告类型后，单击确认方法； ?进行基线分析，扣除所述步骤②所得的空白分析基线； iii建立校正表：调用气相色谱仪化学工作站中所述步骤③所得的沸点校正数据，进行 校正样分析，建立校正曲线和校正表； iv计算参考油：调用气相色谱仪化学工作站中所述步骤④所得的参考油的气相色谱图 中的数据，使用高温模拟蒸馏软件，计算沸程分布结果，将参考油的沸程分布测定结果与计 算软件中的参考数据进行比较，参考油的沸程分布结果应当在软件中所列参考油的再现性 区间内； v计算市售各品牌浙青标样：调用气相色谱仪化学工作站中所述步骤⑤所得的市售各 品牌浙青标样的MN. txt文件，使用高温模拟蒸馈软件，计算测定所述市售各品牌浙青标样 的沸程分布结果； vi报告形式：从实验开始计算所述市售各品牌浙青标样的收率，当收率为0. 5%时，把 该点温度定为样品的初馏点，然后以回收率间隔为1%所对应的该回收率下的整点温度作 为市售各品牌浙青标样的沸程； (5)按所述步骤⑴~⑵的方法对未知浙青进行红外光谱测试，得到未知浙青红外光谱 图，确定其特征吸收峰； (6) 按所述步骤⑶的方法对未知浙青进行气相色谱测试，得到未知浙青的气相色谱图； (7) 按所述步骤⑷的方法对未知浙青的气相色谱图中的数据进行处理，得到未知浙青的 沸程； ⑶分别将所述步骤(5)所得的未知浙青的特征吸收峰和吸收峰面积与所述步骤⑵所得 的标样浙青的特征吸收峰和吸收峰面积进行对比，并分别将所述步骤(7)所得的未知浙青的 沸程分布数据中初馏点与所述步骤vi所得的市售各品牌浙青标样的沸程分布数据中初馏 点进行对比，根据相同回收率对应的温度不同或者相同温度下对应的浙青回收率不同的原 贝1J，最终确定未知浙青的品牌。
2. 如权利要求1所述的一种红外光谱结合高温模拟蒸馏技术鉴别浙青品牌的 方法，其特征在于：所述步骤⑴中傅里叶红外光谱仪的工作条件是指光谱扫描范围为 SOOlOOOcnT1，扫描次数32次，扫描间隔2CHT1。
3. 如权利要求1所述的一种红外光谱结合高温模拟蒸馏技术鉴别浙青品牌的方法，其 特征在于：所述步骤②中气相色谱运行条件是指炉箱初温45°C、炉箱初时Omin、炉箱程化 速率10°C /min、炉箱终温430°C、炉箱终时lOmin、进样口初温80°C、进样口程化速率10°C / min、进样口终温430°C /min、柱流量8mL/min、检测器温度435°C、氢气40mL/min、空气400 mL/min、辅助气15 mL/min、进样量0. 4uL、样品质量浓度2. 0%。
4. 如权利要求1所述的一种红外光谱结合高温模拟蒸馏技术鉴别浙青品牌的方法，其 特征在于：所述步骤④和所述步骤⑤中的溶剂均是指甲苯、二硫化碳、二氯乙烯中的一种。
【文档编号】G01N30/02GK104297200SQ201410612981
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】李晓民, 赵璠新, 赵静卓, 张国宏, 魏定邦, 李刊, 丁民, 郭怀存, 杨小森, 冯中良, 张兴军, 陈天峰, 李丽 申请人:甘肃畅陇公路养护技术研究院有限公司