[发明专利]沥青多种性质快速分析仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种沥青多种性质和组成含量快速检测仪，沥青根据来源和用途不同主要涉及到石油化工和道路交通领域。

技术背景

沥青是高速公路的基本建筑材料，其质量的优劣直接影响着其路用性能和公路寿命。一般道路设计寿命为15年，而劣质或掺假沥青产品会导致路面2年后就进入维护期，给高速公路建设和维护带来巨大经济损失。因此，道路沥青生产、流通和道路施工等过程中沥青产品质量的有效监控至关重要。蜡含量、软化点、针入度和改性沥青中改性剂含量是沥青重要的工程质量指标。其现行的标准方法分析过程繁冗耗时，无法满足实际过程中沥青质量检测与监管需求。因此研究建立上述沥青质量指标的快速分析技术和方法已经成为该领域中亟待解决的重大课题。

分子光谱结合化学计量学方法实现重质油品性质及组成的快速检测的研究越来越多。 Narve Aske（2001）探讨了红外、近红外光谱技术测定原油及其冷凝液四组分的可行性；YuanHongfu（2006）采用衰减全反射红外光谱技术对三种渣油进行分类；Sriram Satya（2007）提出采用近红外光谱快速测定原油多项物化性质指标； Graciele Parisotto （2010）采用红外光谱法快速分析常压渣油和减压渣油的总酸值；Jorge A. Orrego-Ruiz（2011）运用衰减全反射傅里叶变换红外光谱法测定减压渣油中的沥青质含量；李娜（2014）研究了FTIR-ATR快速测定糠醛抽出油中四组分含量的方法；王艳斌（2001）研究了近红外光谱快速测定沥青的蜡含量的方法；叶彦斐（2014）采用近红外光谱分析与拓扑学建模相结合，实现沥青针入度的快速测定。为了实现道路沥青生产、流通和道路施工等过程中沥青产品质量的有效监控，本发明设计了一种沥青多种性质和组成含量快速检测仪，一次扫描样品光谱数据可同时快速得到多个性质组成含量，具有分析速度快，信息量大的特点。

发明内容

基于沥青分子光谱信息与化学计量学方法相结合开发了一种沥青多种性质和组成含量快速检测仪。

仪器主要由光谱采集模块、数据处理模块、温度控制模块和显示器组成。光谱采集模块负责沥青样品的光谱数据采集，数据处理模块负责对收集到的光谱数据进行预处理和计算，然后在显示器上同时显示待测沥青样品的多种性质和组成含量。

光谱采集模块由光源、单色器、检测器、参比等部分组成；由光源发出的光是复合光，照射样品后产生散射光或透射光，将散射光或透射光收集后进入单色器，单色器分光后，送入光检测器得到样品的分子光谱；照射样品步骤可以在单色器前，也可以在单色器后。

光谱采集模块具有如下特点：

1）根据单色器分光原理可以是光栅分光、光干涉傅里叶变换分光、声光过滤分光、滤光片、激光二极管等；

2）检测器可以是单点检测器，也可以是阵列检测器，与所使用的分光方式相匹配。

3）仪器形式可以是便携式、实验室台式、在线式。

4）光谱采集模式包括多重衰减全反射（ATR）、透射和漫反射；

5）光谱测量过程中，样品可以处于静止状态，也可以处于运动状态（旋转杯或在线传送带）；

6）光谱可以是一次测量的光谱，也可以是多次测量的平均光谱，也可以是多次重复装填的平均光谱；

7）分子光谱包括中红外光谱范围（400至4000cm^-1）和近红外光谱范围（4000至12800 cm^-1）。可以是其中部分波段或波长；可以是连续光谱，也可以是离散波长或波段；可以是吸收光谱、透过率光谱、能量曲线光谱、或者是干涉图光谱；

8）光谱分辨率可以是0.5-126cm^-1任意值。

数据处理模块中保存有沥青多种性质和组成含量模型数据库，模型的建立方法：

1）收集一定数量已知性质和组成含量的沥青样品，并使用本发明仪器测得其光谱数据；

2）对光谱数据进行预处理，以消除噪声、基线、背景干扰等；

3）使用多元分析方法将步骤2）光谱数据和步骤1）性质数据相关联，建立测定沥青多种性质和组成含量校正模型，每个性质对应一个模型。

数据处理方法包括以下内容：

1）数据处理模块使用的电脑可以是台式计算机、笔记本电脑、嵌入式计算机；

2）所使用的预处理方法包括：微分、平滑、光散射校正、中心化、PCA数据降维、小波处理、水分扣除等任何一种或其中之间任意组合；