润滑油中的金属元素主要由添加元素、磨损金属和污染物组成。通过测定添加元素在使用前后的浓度变化,来判断此润滑油是否适用于发动机;通过测定磨损金属和污染物的浓度,来判断发动机的磨损情况及润滑油的是否仍可使用。
目前油品分析多采用干灰化法或微波消解的方法,操作步骤较为复杂,不适用于大批量润滑油样品检测的实验室。润滑油有机直接进样前期也有相关报道,但采用的是对人体有很大危害的二甲苯稀释进样,本文采用航煤直接稀释结合全谱直读ICP-OES快速测试的特点,无需复杂样品前处理同时测定21种元素的方法,从而达到高效监测发动机运行情况及润滑油使用的目的。
此方法适用于测定使用过的润滑油中添加元素、磨损金属和污染物,以及基础油或再生油中各种金属元素含量。此方法测定油溶性金属,而不意味着可定量测定或检出不溶性的金属离子。该方法同样适用于未使用过润滑油中金属元素。再以同样的方式制备标准溶液。为了补偿各种试样因导入效应引起的误差,选择钇元素作为内标加入试样溶液中,用蠕动泵将试样溶液导入ICP仪器装置进行测量。
1、仪器和试剂
1.1 仪器美国安捷伦科技725垂直观察型电感耦合等离子体发射光谱仪;有机加氧AGM附件;梅特勒千分之一电子天平。
1.2 试剂有机金属标准溶液ConostanS-21 900mg/kg (含Ag,Al,B,Ba,Ca,Cd,Cr,Cu,Fe,Mg,Mn,Mo,Na,Ni,P,Pb,Si,Sn,Ti,V,Zn元素);
有机钇金属标准单标Conostan oil-based 5000mg/kg Y;
基础油:Conostan 75#blank oil;
稀释剂:航空煤油。
1.3 标准溶液的配置准确称取(精确到0.0001g)有机标准试剂于塑料瓶中,按照质量比10%的比例用内标液稀释,不足部分用基础油补加,*终配制成浓度1.0,5.0,10.0,20.0,50.0mg/kg的标准溶液。
内标液:Y的标准试剂用航煤以称重方式稀释到10mg/kg。
1.4 样品的制备准确称取润滑油样品(精确到0.0001g)于塑料瓶中,按照质量比10%的比例用内标液稀释,不足部分用基础油补加。为了使所取样品具有代表性,必须对样品加以均匀化。对于重油和使用过的润滑油放置于60℃烘箱半小时后充分摇匀取样。
1.5 仪器的工作条件为获得*佳的灵敏度,对观测高度以及蠕动泵泵速,AGM加氧附件流量以及氩气气体流量进行优化。
2、结果和讨论
2.1 谱线的选择和检出限
通过谱线扫描选择*佳分析波长,用样品空白重复测定10次,以其标准偏差的3倍作为检出限。
2.2 样品测试
样品为博世发动机经过不同距离的润滑油。
1#Bosch样品使用100km后
2#Bosch样品使用10800km后
3#Bosch样品使用18000km后
4#Bosch样品使用342000km后
5#Bosch样品使用37200km后
6#Bosch样品使用40200km后
7#Bosch样品1#中加标回收
稳定性数据为7#加标样连续测试6次后所得相对标准偏差。
2.3 元素含量与里程的相关性
润滑油中Ca,P,Zn一般作为润滑油中的添加金属元素,而Fe,Al,Si等作为磨损金属,通常厂家通过监控润滑油中添加金属和磨损金属的变化趋势来指导润滑油的添加和更换。
根据数据图可以看出,润滑油在运行过程中,机械磨损带来Fe,Al污染,大气灰尘带来Si污染,随着运行的时间的延长,这些元素在润滑油中的含量越来越高,通过监测磨损金属变化进行相关作业指导是行之有效的。
3、结论
与传统的无机消解样品方法相比,采用航煤直接稀释ICP-OES有机进样具有分析速度的**优势,而且又避免了无机消解过程中的污染以及元素损失等问题。对于测定润滑油中的添加、污染、磨损金属元素含量是可行的。但是笔者发现有机直接测定适用于油溶性金属,而不能测定或检出非油溶性的金属颗粒,其分析结果取决于颗粒的大小,当金属颗粒大于几个微米时,分析结果往往偏低。如果润滑油品中有明显的颗粒沉淀物,则应采用合适的过滤手段加于处理,否则会出现堵塞雾化器问题,更无法保证分析结果的准确性。
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