Изображение на обложке

Применение метода инфракрасной спектроскопии в сочетании с хемометрическими алгоритмами для установления наличия в составе битумных продуктов блок-сополимера стирола с бутадиеном

E. S. Ogorodnikova

Аннотация


В настоящее время для улучшения эксплуатационных характеристик асфальтобетонных покрытий широкое распространение получило применение полимерно-битумных вяжущих (ПБВ), в том числе содержащих сополимер стирола с бутадиеном (СБС). Ввиду низкого содержания полимера в составе ПБВ, качественное обнаружение полимера в составе нефтяного битума является непростой исследовательской задачей. Существующие методы обнаружения полимера в нефтяном битуме основаны на сложной многоступенчатой экстракции или на измерении условной характеристической вязкости полимера в анализируемом ПБВ. Данные методы являются трудоемкими и времязатратными, требуют применения ряда специфических органических растворителей и стандартных образцов. В данной работе рассмотрена возможность использования инфракрасной спектроскопии (ИКС) нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) с последующей обработкой спектров с применением хемометрических алгоритмов при исследовании ПБВ, содержащих СБС. Проиллюстрировано применение метода главных компонент (PCA, МГК), а также метода одноклассовой классификации – метода формального независимого моделирования аналогий классов (DD-SIMCA). Применение ИКС в сочетании с хемометрическими методами обработки данных значительно облегчает и ускоряет такую исследовательскую задачу, как установление наличия СБС в битумных продуктах. Цель данной работы состояла в решении классификационной задачи при исследовании битумных продуктов, а именно отнесение / не отнесение битумного продукта к ПБВ с СБС.

Ключевые слова: полимерно-битумные вяжущие, сополимеры стирола с бутадиеном, инфракрасная спектроскопия, НПВО, метод главных компонент, метод формального независимого моделирования аналогий классов


Полный текст:

PDF

Литература


REFERENCES

Polimerno-bitumnye viazhushchie materialy na osnove SBS dlia dorozhnogo stroitel'stva Obzornaia informatsiia, vypusk 4-2002, Informatsionnyi tsentr po avtomobil'nym dorogam [Polymer-bitumen binding materials based on SBS for road construction Overview information, issue 4-2002, Information Center for Motor Roads]. Available at: https://files.stroyinf.ru/Data1/56/56236/index.htm (accessed 02 March 2023) (in Russian).

Gokhman L.M. Bitumy, polimerno-bitumnye viazhushchie, asfal'tobeton, polimerasfal'tobeton. Uchebno-metodicheskoe posobie [Bitumen, polymer-bitumen binders, asphalt concrete, polymerasphaltobeton. Educational and methodological manual.]. Moscow, ZAO «EKON-INFORM», 2008. 117 p. (in Russian).

Pokonova Iu.V. Neftianye ostatki [Petroleum residue]. Saint Petersburg, RIKON, 2008. 219 p. (in Russian).

ODMD Metody kontrolia sostava polimerno-bitumnykh viazhushchikh na osnove SBS, polimerasfal'tobetonnykh smesei i polimerasfal'tobetona (dlia opytnogo primeneniia) [Industry road methodological document. Methods for monitoring the composition of polymer-bitumen binders based on SBS, polymerasphaltobetic mixtures and polymerasphaltobeton (for experimental use)]. Moscow, 2003. 30 p. (in Russian)

GOST 12801-98. Materialy na osnove organicheskikh viazhushchikh dlia dorozhnogo i aerodromnogo stroitel'stva. Metody ispytanii [State Standard 12801-98. Materials based on organic binders for road and airfield construction. Test methods]. Moscow, Standartinform Publ., 1999. 67 p. (in Russian).

Ivanova L.V., Safieva R.Z. Koshelev V.N. [IR spectrometry in the analysis of oil and petroleum products]. Vestnik Bashkirskogo universiteta [Bulletin of Bashkir University], 2008, vol. 13, no. 4, pp. 869-874. (in Russian).

Ivanova L.V., Koshelev V.N., Burov E.A., Stokolos O.A Primenenie [IR Spectrometry in Oil Study]. Trudy Rossiiskogo Gosudarstvennogo Universiteta nefti i gaza imeni I.M. Gubkina [Proceedings of the Gubkin Russian State University of Oil and Gas], 2010, no 2, pp. 76-80 (in Russian).

Stepanovich Ju.A., Shrubok A.O. [Use of IR spectroscopy to determine the stability of polymer-bitumen binders]. Materialy III Mezhdunarodnogo nauchno-tehnicheskogo i investicionnogo foruma po himicheskim tehnologijam i neftegazopererabotke [Materials of the III International Scientific, Technical and Investment Forum on Chemical Technologies and Oil and Gas Processing], Minsk, 2020, pp. 26-29 (in Russian).

Jastremskij D.A. [Research of bituminous binder with stabilizing additives by infrared spectroscopy and x-ray spectral analysis]. Vestnik BGTU im. V.G. Shukhova [Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov], 2020, no. 11, pp. 24-31. doi: 10.34031/2071-7318-2020-5-11-24-31 (in Russian).

Ajupov D.A., Potapova L.I., Murafa A.V., Fahrutdinova V.H., Hakimullin Ju.N., Hozin V.G. [Investigation of the interaction of bitumen with polymers]. Izvestiia KazGASU [Izvestiya KSUAE], 2011, no. 1, pp. 140-146 (in Russian).

Makarov D.B., Jagund Je.M., Ajupov D.A., Murafa A.V., Fashutdinov K.A., Hozin V.G., Jahin R.G. [Study of bitumen-polymer binders modified with mixed thermoelastoplasts by IR spectroscopy] Izvestiia KazGASU [Izvestiya KSUAE], 2015, no. 4, pp. 280-286 (in Russian).

PNST 860-2023. Dorogi avtomobil'nye obshhego pol'zovanija. Materialy vjazhushhie neftjanye bitumnye. Metod opredelenija kolichestva polimera s ispol'zovaniem infrakrasnogo spektra. [Рreliminary State Standard 860-2023. Public roads. Petroleum bitumen astringent materials. Method for determining the amount of polymer using the infrared spectrum]. Moscow, Standartinform Publ., 2023. 12 p. (in Russian).

Rozhkov I.M. Opredelenie kolichestva polimera v bitumnyh vjazhushhih s primeneniem IK-spektrometrii. Celi, zadachi, perspektivy primenenija. Available at: https://www.probitum.pro/upload/reports/8653ba3716b74c0420d05c12c82a2aa9.pdf (accessed 15 November 2023) (in Russian).

GOST 32183-2013. Materialy bituminoznye polutverdye. Opredelenie plotnosti piknometrom. [State Standard 32183-2013. Bituminous semi-solid materials. Determination of density by a pycnometer]. Moscow, Standartinform Publ., 2019. 12 p. (in Russian)

Nakanishi K. Infrared absorption spectroscopy. Practical. Totyo, Nankodo company limited, 1962. 216 p. (Russ. Ed.: Nakanisi K. Infrakrasnye spektry i stroenie organicheskikh soedinenii. Prakticheskoe rukovodstvo. Moscow, MIR Publ., 1965. 216 p.).

Spektral'naia predvaritel'naia obrabotka ramanovskikh dannykh dlia kolichestvennogo analiza [Spectral pretreatment of Raman data for quantitative analysis]. Available at: https://www.czl.ru/blog/raman-spectroscopy/spectral-preprocessing-for-raman-quantitative-analysis.html (accessed 23 March 2023) (in Russian).

Pomerantsev A.L. Khemometrika v Excel [Chemometrics in Excel]. Tomsk, Publishing house TPU, 2014. 434 p. (in Russian).

Procrustes cross-validation (PCA based) Available at: https://mda.tools/pcvpca/ (accessed 12 October 2023).

Pomerantsev A.L. Metod glavnykh komponent (PCA) [Principal component analysis (PCA)]. Available at: https://rcs.chemometrics.ru/old/Tutorials/pca.htm#Ch1.1 (accessed 24 April 2023) (in Russian).

Rodionova O.E., Pomerantsev A.L. [Chemometrics: Achievements and Perspectives]. Russ. Chem. Rev., 2006, vol. 75, no. 4, pp. 271-287. (in Russian).

Rodionova O.E Interval'nye metod obrabotki mnogokanal'nykh eksperimentov [Interval method of processing multichannel experiments. Dr rhys. and math. sci. diss.]. Moscow, 2008. 272 p. (in Russian).

Pomerantsev A.L. Klassifikatsiia [Classification]. Available at: https://rcs.chemometrics.ru/old/Tutorials/classification.htm#Ch3.4 (accessed 24 May 2023) (in Russian).

Dechant J., Danz R., Kimmer W., Schmolke R. Ultrarotspektroskopische untersuchungen an polymeren. Berlin, Verlag, 1972. 472 p. (Russ. Ed.: Dekhant I., Dants R., Kimmer V., Shmol'ke R. Infrakrasnaia spektroskopiia polimerov. Moscow, Khimiia Publ., 1976. 472 p.).

Pomerantsev A.L., Rodionova O.Ye. Procrustes Cross-Validation of short datasets in PCA context, Talanta, 2021, vol. 226, article 122104. doi:10.1016/j.talanta.2021.122104




DOI: https://doi.org/10.15826/analitika.2023.27.4.008

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.