基于ATR-FTIR与GPC对基质沥青品牌的快速识别方法与流程
本发明属于沥青试验检测领域，尤其是一种基于atr-ftir与gpc对基质沥青品牌的快速识别方法。
背景技术：
石油沥青被广泛应用于公路建设中，其质量的优劣直接影响路面的质量，目前市场上提供的沥青存在着假冒伪劣的现象。而目前普遍采用宏观手段来评价沥青的优劣，由于沥青的组成成分复杂，结构复杂，导致使用宏观手段鉴别沥青优劣费时费力，且受一些改性剂的影响，仅使用宏观手段评价沥青性质不全面。因此需要寻找一些微观分析手段，实现快速识别沥青品质的效果。
衰减全反射傅里叶红外光谱(atr-ftir)法常用于定性或定量分析化合物结构。通过红外光谱检测出化合物所含有的官能团，来寻找每种化合物所含有的特定结构。目前atr-ftir法被广泛的应用于沥青的改性及其粘合剂老化的研究，极少应用于沥青微观结构的分析。公布号为cn108072626a的中国发明专利申请，公开了一种沥青品牌的识别方法，基于傅里叶变换衰减全反射红外光谱和多维尺度分析方法，并结合了波长选择、背景扣除、基线校正、对数单位方差处理和异常数据识别和剔除等多种红外光谱数据数据预处理方法，可分类识别同一品牌基质沥青的质量稳定或类别不同的沥青。
凝胶渗透色谱(gpc)法通过不同大小的溶质分子在凝胶中的渗透性差别而进行的分离，根据凝胶孔隙的大小，大分子(lms)最先流出，然后是中分子、小分子。目前gpc一般都是用来评价沥青的性能，极少将gpc使用于沥青品牌的识别。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于atr-ftir与gpc对基质沥青品牌的快速识别方法，是通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱法atr-ftir与凝胶渗透色谱法gpc确定沥青的指纹区间及大分子lms含量误差、差异，建立沥青品牌识别流程，准确地识别沥青的种类。
为此，本发明提供的技术方案如下：
一种基于atr-ftir与gpc对基质沥青品牌的快速识别方法，包括如下步骤：
(1)将不同品牌的沥青样品制备成短期老化的沥青标样；
(2)测定沥青标样的红外光谱图；
(3)测定沥青标样的凝胶渗透色谱图；
(4)将待测品牌沥青样品制备成短期老化盲样沥青，测定盲样沥青的红外光谱图和凝胶渗透色谱图；
(5)将盲样沥青的红外光谱图与沥青标样红外光谱图进行匹配；先将沥青标样红外光谱图导入软件当中，建立沥青标样红外光谱图与沥青标样品牌一一对应的图谱库，利用所述图谱库信息对盲样沥青品牌所对应的红外光谱图进行识别；
当被检索出的盲样沥青红外光谱图与图谱库中红外光谱图的相似度为99-100％时，即为匹配成功，则该盲样沥青品牌即为所匹配成功红外光谱图所对应的品牌；
当被检索出的盲样沥青红外光谱图与图谱库中红外光谱图的相似度低于99％时，即为匹配不成功；
(6)对于匹配成功的盲样沥青用凝胶渗透色谱图验证，对于匹配不成功的盲样沥青用凝胶渗透色谱图进一步鉴定；具体是通过对沥青标样的凝胶渗透色谱图计算出沥青标样的大分子含量，再以相同方法计算盲样沥青的大分子含量，进行如下比对，
对于步骤(5)匹配成功的盲样沥青：当计算所得盲样沥青的大分子含量落入沥青标样大分子含量范围时，说明步骤(5)识别结果正确；当计算所得盲样沥青的大分子含量未落入沥青标样大分子含量范围时，说明步骤(5)识别结果不正确，重新进行步骤(5)方法再次匹配；
对于步骤(5)匹配不成功的盲样沥青：当计算所得盲样沥青的大分子含量落入相应品牌沥青标样的大分子含量范围时，说明该盲样沥青品牌即为所落入沥青标样对应的品牌；当计算所得盲样沥青的大分子含量未落入沥青标样大分子含量范围时，再次确认了匹配不成功，重新进行步骤(5)、(6)方法再次匹配。
进一步地，步骤(5)所述图谱库的建立是利用omnic9.2软件将沥青标样的红外光谱图加入新建的沥青谱库、并与沥青标样品牌一一对应；所述图谱库的建立如下：首先利用omnic软件中的“谱库管理”选项新建相应的检索谱图库；然后，将is、sk、dh等品牌的沥青标样的红外光谱图导入omnic软件，并利用软件的“加谱图入库”选项将其依次加入新建的红外谱图库。
进一步地，所述短期老化是：将沥青标样或盲样沥青分别放入温度为163±0.5℃的烘箱内加热75-85min即可。
进一步地，所述红外光谱图的测定方法是：将沥青标样或盲样沥青分别加热至70-75℃，然后将加热后的沥青均匀的涂抹在atr晶片上，进行红外光谱测试，选取分辨率为4cm-1，扫描次数为32次。
进一步地，步骤(6)中，匹配时所述红外光谱图中选取的关键峰为876cm-1、810cm-1和744cm-1，722cm-1。其中关键峰876cm-1、810cm-1和744cm-1为苯环双取代特征吸收峰，722cm-1为(-ch2-)n(n≥4)取代基的特征吸收峰。
进一步地，所述凝胶渗透色谱图的测定方法是：使用四氢呋喃分别溶解沥青标样或盲样沥青，溶解后将溶液注入色谱柱中，通过0.2mm的过滤器进行测试，设置进样量为20μl。
进一步地，在步骤(7)中，所述大分子含量的计算方法是：将凝胶渗透色谱图平均分为13份，其起始端和结束端分别以最高信号强度的5％计，取前5份作为大分子所在区域，通过公式
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明是通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱(atr-ftir)法与凝胶渗透色谱(gpc)法确定沥青的指纹区间及大分子lms含量误差、差异，建立标准的沥青品牌识别流程和操作方法，通过对短期老化后的沥青进行分析鉴别，从而准确地识别沥青的种类。
(2)本发明使用atr-ftir和gpc分别确定不同品牌沥青的指纹区间及lms含量误差、差异，确保了高质量的检验结果和准确率。
(3)本发明利用gpc辅助atr-ftir识别基质沥青种类，从分子层次识别不同种类沥青，具有迅速、准确的优点。
附图说明
图1为本发明实施例中七种品牌沥青标样的大分子含量图。
图2为本发明实施例1中is牌盲样沥青的凝胶渗透色谱图。
图3为本发明实施例2中is牌盲样沥青的凝胶渗透色谱图。
图4为本发明品牌fl和sl的沥青标样红外光谱图。
图5为本发明实施例3中盲样沥青的凝胶渗透色谱图。
图6为本发明实施例4中盲样沥青的凝胶渗透色谱图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
实施例1
一种基于atr-ftir与gpc对基质沥青品牌的快速识别方法，包括如下步骤：
1、准备沥青标样数据
(1)将品牌为sk、is、shell、sl、dh、fl、gs的沥青样品分别取样35±0.5g，放入温度为163±0.5℃的烘箱内加热75min，分别制备成短期老化的沥青标样；
(2)测定沥青标样的红外光谱图：将沥青标样加热至70℃，然后将加热后的沥青标样均匀的涂抹在atr晶片上，进行红外光谱测试，选取分辨率为4cm-1，扫描次数为32次；
(3)测定沥青标样的凝胶渗透色谱图：使用四氢呋喃溶解30g沥青标样，溶解后将溶液注入色谱柱中，通过0.2mm的过滤器进行测试，设置进样量为20μl；
将凝胶渗透色谱图平均分为13份，其起始端和结束端分别以最高信号强度的5％计，取前5份作为大分子所在区域，通过公式
图1是七种品牌沥青标样的大分子含量图；由图1可以看出，各品牌沥青短期老化后的lms含量与之间的差值在1.0％左右，即为
2、准备盲样沥青数据
(4)将待测品牌沥青样品取样35±0.5g，放入温度为163±0.5℃的烘箱内加热75min，制备成短期老化盲样沥青；测定盲样沥青的红外光谱图和凝胶渗透色谱图；
盲样沥青的红外光谱图：将沥青标样或盲样沥青分别加热至70℃，然后将加热后的沥青均匀的涂抹在atr晶片上，进行红外光谱测试，选取分辨率为4cm-1，扫描次数为32次；
盲样沥青的凝胶渗透色谱图：使用四氢呋喃溶解30g盲样沥青，溶解后将溶液注入色谱柱中，通过0.2mm的过滤器进行测试，设置进样量为20μl；得到的凝胶渗透色谱图如图2所示；
3、匹配与验证
(5)将盲样沥青的红外光谱图与沥青标样红外光谱图进行匹配；先将沥青标样红外光谱图导入软件当中，建立沥青标样红外光谱图与沥青标样品牌一一对应的图谱库，利用所述图谱库信息对盲样沥青品牌所对应的红外光谱图进行识别，选取的关键峰为876cm-1、810cm-1和744cm-1，722cm-1，当被检索出的盲样沥青红外光谱图与图谱库中红外光谱图的相似度为99-100％时，即为匹配成功；通过将本实施例中盲样沥青通过红外光谱图与沥青标样红外光谱图进行匹配，得到与其最佳匹配品牌为is；
(6)对于匹配成功的盲样沥青用凝胶渗透色谱图验证；
以沥青标样相同方法计算盲样沥青的大分子含量，图2是本实施例中盲样沥青的凝胶渗透色谱图，通过凝胶渗透色谱图对其计算lms含量为8.7％；
将盲样沥青的lms与沥青标样的lms进行比对：
本实施例中盲样沥青通过步骤(5)红外光谱图进行匹配，得到与其最佳匹配为is品牌，经过计算盲样沥青的lms为8.7％，刚好落在is品牌沥青标样的lms范围7.0-9.0％内，这与红外光谱图匹配结果的品牌相同，也与其实际品牌相同，鉴别正确，说明步骤(5)识别结果正确。
实施例2
一种基于atr-ftir与gpc对基质沥青品牌的快速识别方法，包括如下步骤：
1、准备沥青标样数据与实施例1一致
2、准备盲样沥青数据
(4)将待测品牌沥青样品取样35±0.5g，放入温度为163±0.5℃的烘箱内加热85min，制备成短期老化盲样沥青；按照实施例1方法测定盲样沥青的红外光谱图和凝胶渗透色谱图，其中得到的凝胶渗透色谱图如图3所示：
3、匹配与验证
(5)将盲样沥青的红外光谱图与沥青标样红外光谱图进行匹配；先将沥青标样红外光谱图导入软件当中，建立沥青标样红外光谱图与沥青标样品牌一一对应的图谱库，利用所述图谱库信息对盲样沥青品牌所对应的红外光谱图进行识别，选取的关键峰为876cm-1、810cm-1和744cm-1，722cm-1，当被检索出的盲样沥青红外光谱图与图谱库中红外光谱图的相似度为99-100％时，即为匹配成功；
通过将本实施例中盲样沥青通过红外光谱图与沥青标样红外光谱图进行匹配，得到与其匹配相似度为99-100％的品牌有fl和sl；品牌fl和sl的沥青标样红外光谱图如图4所示；两种品牌沥青标样在920-690cm-1的指纹区间内特征吸收峰的峰面积及其峰高相似，是因为fl与sl品牌沥青的制备工艺、温度等条件几乎相同，导致两种沥青在920-690cm-1区间内的红外谱图相似，需要采用凝胶渗透色谱进一步确定；
(6)对于上述匹配不成功的盲样沥青用凝胶渗透色谱图进一步鉴定；
以实施例1中相同方法计算盲样沥青的大分子含量，通过对图4所示的盲样沥青的凝胶渗透色谱图对其计算lms含量为11.2％；
将盲样沥青的lms与沥青标样的lms进行比对：
本实施例中盲样沥青经过计算的lms为11.2％，落在fl品牌沥青标样的lms范围9.7-11.7％内，与其实际品牌相同，鉴别正确。
实施例3
一种基于atr-ftir与gpc对基质沥青品牌的快速识别方法，包括如下步骤：
1、准备沥青标样数据与实施例1一致
2、准备盲样沥青数据
(4)将待测品牌沥青样品取样35±0.5g，放入温度为163±0.5℃的烘箱内加热80min，制备成短期老化盲样沥青；按照实施例1方法测定盲样沥青的红外光谱图和凝胶渗透色谱图；得到的凝胶渗透色谱图如图5所示；
3、匹配与验证
(5)将盲样沥青的红外光谱图与沥青标样红外光谱图进行匹配；先将沥青标样红外光谱图导入软件当中，建立沥青标样红外光谱图与沥青标样品牌一一对应的图谱库，利用所述图谱库信息对盲样沥青品牌所对应的红外光谱图进行识别，选取的关键峰为876cm-1、810cm-1和744cm-1，722cm-1，当被检索出的盲样沥青红外光谱图与图谱库中红外光谱图的相似度为99-100％时，即为匹配成功；
通过将本实施例中盲样沥青通过红外光谱图与沥青标样红外光谱图进行匹配，得到与其匹配相似度为99-100％的品牌有fl和sl；品牌fl和sl的沥青标样红外光谱图如图4所示；
(6)对于匹配不成功的盲样沥青用凝胶渗透色谱图进一步鉴定；
以实施例1中相同方法计算盲样沥青的大分子含量，图5是本实施例中盲样沥青的凝胶渗透色谱图，通过凝胶渗透色谱图对其计算lms含量为9.3％；
将盲样沥青的lms与沥青标样的lms进行比对：
本实施例中盲样沥青经过计算的lms为9.3％，落在sl品牌沥青标样的lms范围8.3-10.3％内，与其实际品牌相同，鉴别正确。
实施例4
一种基于atr-ftir与gpc对基质沥青品牌的快速识别方法，包括如下步骤：
1、准备沥青标样数据与实施例1一致
2、准备盲样沥青数据
(4)将待测品牌沥青样品取样35±0.5g，放入温度为163±0.5℃的烘箱内加热75min，制备成短期老化盲样沥青；按照实施例1方法测定盲样沥青的红外光谱图和凝胶渗透色谱图；得到的凝胶渗透色谱图如图6所示；
3、匹配与验证
(5)将盲样沥青的红外光谱图与沥青标样红外光谱图进行匹配；先将沥青标样红外光谱图导入软件当中，建立沥青标样红外光谱图与沥青标样品牌一一对应的图谱库，利用所述图谱库信息对盲样沥青品牌所对应的红外光谱图进行识别，选取的关键峰为876cm-1、810cm-1和744cm-1，722cm-1，当被检索出的盲样沥青红外光谱图与图谱库中红外光谱图的相似度为99-100％时，即为匹配成功；
通过将本实施例中盲样沥青通过红外光谱图与沥青标样红外光谱图进行匹配，未能得到与其匹配相似度达到为99-100％的品牌；
(6)对于匹配不成功的盲样沥青用凝胶渗透色谱图进一步鉴定；
以实施例1中相同方法计算盲样沥青的大分子含量，图6是本实施例中盲样沥青的凝胶渗透色谱图，通过凝胶渗透色谱图对其计算lms含量为6.7％；
将盲样沥青的lms与沥青标样的lms进行比对：
本实施例中盲样沥青经过计算的lms为6.7％，落在sk品牌沥青标样的lms范围5.9-7.9％内，与其实际品牌相同，鉴别正确。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！