路用沥青红外光谱技术国内研究现状综述

引言
        近红外光谱主要是反映C-H、O-H、N-H、S-H等化 学键的信息，分析范围几乎可覆盖所有的有机化合物 和混合物。其独有的优点决定了其具有广泛的应用领 域，包括石油及石油化工、基本有机化工、精细化工、冶 金、生命科学、制药、医学临床、农业、食品、饮料、烟草、 纺织、造纸、化妆品、质量监督、环境保护、高校及科研 院所等。在石化领域可测定油品的辛烷值、族组成、十 六烷值、闪点、冰点、凝固点、馏程、MTBE含量等；在农 业领域可以测定谷物的蛋白质、糖、脂肪、纤维、水分含 量等；在医药领域可以测定药品中有效成分，组成和含 量；亦可进行样品的种类鉴别，如酒类和香水的真假辨 别，环保废弃物的分检等。 沥青作为典型的有机混合物，用红外光谱可以直 接对其组成结构进行定性和定量分析。几年来，其在 路用沥青方面的应用日益广泛，主要集中在沥青的真 伪鉴别、SBS 改性沥青中SBS含量的检测、沥青性能预 测和沥青老化机理及再生机理分析四大类。本文着重 对这几种研究工作的进展情况进行调研和梳理。

沥青真伪鉴别
        沥青真伪鉴别是指采用红外光谱技术，对一个或 多个已知宏观性能且性能合格的沥青进行红外光谱检 测，将其光谱作为标准光谱入库，对未知样品进行红外 光谱扫描，将未知样品的红外光谱与光谱库中的红外 光谱进行比对，比对采用软件自动识别，以判定未知样 品的产地、型号是否为之前约定来源的沥青，从而达到 对未知沥青真伪识别的目的。 上海昌吉地质仪器有限公司收集了甘肃市场常见的9个品牌、不同等级的近2000种沥青，建立了沥青“指纹识别数据库”，并 将所有的数据库导入沥青红外自动识别软件，操作人 员只需采集谱图，检索数据库，该软件可自动识别沥青 品牌以及改性沥青改性剂的掺量。
       上海昌吉公路仪器针对SBS改性沥青提出应用现场样品与标准 样品光谱相似度分析的现场检测方法，结果表明，与标 准样品的光谱相似度在阈值之内的现场样品，其性能 满足技术要求，采用光谱相似度比对的方法，仅用一个 样品也可进行沥青的真伪鉴别。采用上海昌吉红外光谱沥青智能检测仪开展沥青真伪的检测，该红外光谱沥青智能检测系统，由便携 式沥青指纹识别仪、沥青指纹识别快速检测软件、系统 服务器和预警系统四部分组成。在施工现场，识别仪 采集的数据经过软件分析后，数据和分析结果通过网 络实时传输到系统服务器，可在网站上直接对沥青进 行分析监控，若某项目部沥青检测结果异常，通过预警 短信，立刻反馈给监管部门。
      上述研究主要分为利用沥青的主要特征吸收峰的 形式进行红外光谱比对和利用沥青的全谱图进行比对 两种形式。都是通过分析未知样品与已知样品谱图的 变化对比来实现沥青的真伪鉴别。   

SBS改性沥青中SBS含量检测
        SBS含量检测是制备不同SBS掺量的SBS改性沥 青，采用北京北分瑞利红外光谱仪对各种掺量的SBS改性沥青进行红 外光谱扫描，通过计算特征吸收峰的峰值或面积，将其含量建立数学模型，以实现对未知样品中SBS含量的定量测试。目前，国内在这方面也开展了大量的 研究工作。上海昌吉沥青试验器研究了不同品牌的基质沥青、不同品种及 掺量的 SBS 改性剂、不同化样次数对 SBS 改性沥青化 学特性的影响，利用衰减全反射红外光谱法表征组成 沥青的各组分官能团变化，并对 SBS 改性沥青红外光 谱图特征峰进行了分析。研究表明，基质沥青种类、 SBS改性剂品种及掺量和化样次数的不同均不会对改性沥青红外吸收峰的位置造成影响；通过A699/A1377、 A966/A1377判断已知组成的SBS改性沥青中SBS改性 剂掺量、基质沥青品牌等信息。 上海昌吉地质仪器有限公司通过对基质沥青、SBS改性剂和SBS改性沥青红外光谱图的分析，得出966cm-1 是SBS结构中反 式丁二烯的特征峰，可作为SBS定量检测的特征参数； 1377cm-1 是基质沥青特有的吸收峰，可作为标准使用； 利用朗伯-比尔定律测量 SBS 改性沥青光谱图的特征 峰，建立了A966/A1377评价指标，通过5种不同SBS掺 量试验结果的线性回归分析，形成了SBS含量的检测方 法，精度分析显示其相对误差较小，精确度可达 1%以上。
        部分研究表明，通过建立SBS含量与SBS特征吸收 峰高或峰面积，或 SBS 特征吸收峰高/沥青特征吸收峰 高的线型回归曲线或其他数学模型，可以对SBS含量进 行定量测定，部分研究测试精度可达1%以上。但也有 研究认为，同一样品平行检测结果重现性差，采用红外 光谱只宜进行定性分析，难以达到精确的定量分析。笔 者认可第二种研究意见，因为SBS改性剂在沥青中分散 的均匀性直接影响测试的准确度，如果想进行准确的定 量分析，如何确保SBS在沥青中绝对均匀的分散是一大 难题，也是该类研究不可回避的问题。

沥青性能预测
       沥青性能预测是指利用现代化学分析方法，收集大 量的沥青样品，将沥青的宏观路用性能与沥青的红外光谱建立数学模型，实现对未知沥青性能的有效预测。目前，国内相关研究还在起步阶段。

沥青老化及再生机理分析
        沥青老化及再生机理分析是利用红外光谱仪对老 化前后、再生前后的沥青进行红外光谱扫描，通过分析 沥青各种氧化官能团对应的红外吸收峰的变化，从微观 角度对沥青老化、再生进行机理分析。目前国内也开展 了相关研究。

结语
       红外光谱检测技术作为一种传统的材料表征技 术，已经在有机物材料领域被广泛应用，但其在公路工程领域的应用才刚刚开始。 上述的各项研究表明，沥青作为典型的有机化合 物，上海昌吉地质仪器有限公司采用红外光谱技术进行沥青的真伪鉴别、SBS含量检测、沥青性能快速预测和沥青老化与再生机理研究， 具有检测速度快、人为干扰小、自身测试精度高等优 点，但其在实际应用中存在建模数量大、不同设备间模 型传递困难、定量检测为间接检测以及对标准样品绝 对值准确度要求高等问题。因此，采用红外光谱技术 进行路用沥青的质量控制还有大量的研究难题需要相 关技术人员去逐一攻克。