1、 什么是潤滑油？

對于裝配有內燃機的車輛、建筑機械、船舶、飛機等器械設備而言，發動機潤滑油在潤滑、冷卻、清潔和防銹過程中起到十分重要的作用。如潤滑油變質，則會導致潤滑性能下降、發動機內部出現磨損，進而縮短發動機使用壽命并引發故障。

出于物理因素、高溫加熱、金屬磨損顆粒及燃料污染物等影響，機油成分及其添加劑會分解或產生化學變化，從而導致潤滑油變質。因此，建議使用不同類型的分析儀對潤滑油變質實施分析，確定更換機油時機及應實施何種發動機維護工作。 

  圖1 發動機潤滑油變質常見原因

美國ASTM標準一種通過可變參數來評價潤滑劑變質程度的方法。本文中，我們根據ASTM標準中所的分析方法，對潤滑油變質、污染物、磨損和添加劑實施了分析與評估，其間使用了傅立葉變換紅外光譜儀（FT-IR）、氣相色譜儀（GC）和電感耦合等離子體原子發射光譜儀（ICP-AES）等設備。

表1 FT-IR、GC和ICP-AES的潤滑油分析項目示例

2、 使用緊湊型FT-IR實施潤滑油變質分析

紅外光譜法所提供的數據（光譜）可反映出物質結構。在FT-IR潤滑油分析中，可采集由于磺化、硝化等組成物變化所引起的變質信息，還可以獲取由于氧化引起的羰基增量信息。分析同樣可提供煙炱和其他物質污染物的相關信息，并可獲取由于水分污染而引發的羥基增量信息。此外，如潤滑油包含抗氧化劑或抗磨組分，那么可通過*峰值來確定是否由于潤滑油變質而導致添加劑減量。

此項研究中，我們使用緊湊型、高性能FT-IR和易用液體分析單元對潤滑油變質實施評價。

 圖2 結合使用IRSpirit和Pearl液體池

2-1丨方法

結合使用IRSpirit與Pearl 0.1 mm光程液體池，對樣品A和樣品B的廢舊機油與新機油實施分析。樣品A和樣品B的詳細信息如下：

表2 樣品詳細信息

2-2丨結果

圖3 樣品A和樣品B的光譜

根據FT-IR分析結果，樣品A中確認存在水污染及由于氧化和硝化而引起的變質。樣品B中，抗氧化劑量減少，但并未觀察到由于氧化變質引起的光譜變化。因此可假定使用抗氧化劑有效防止了機油氧化。

使用FT-IR，無需實施樣品預處理即可實施潤滑油分析，Pearl液體池在每次分析后，能夠簡單、快捷地實現池體單元清潔工作。此外，由于能夠以高精度保持光程長度，因此所獲數據在符合ASTM E2412要求的同時，還可以確保高可重現度。

然而，由于FT-IR方法靈敏度不高，因此很難區分低濃度污染物（如：燃料和冷卻劑）。GC和ICP-AES方法適用于此類詳細分析。

3、 利用GC快速分析發動機潤滑油中的燃油稀釋率

發動機潤滑油中如果混入汽油或柴油等燃料油，那么會導致潤滑油粘度降低、無法發揮其潤滑性能。因此，燃油稀釋率（含量）通常作為判斷機油是否需要更換的一個關鍵指標。測定發動機潤滑油中的燃油稀釋率，一般采用配備氫火焰離子化檢測器（FID）的GC法，該方法是較為準確檢測方法之一。

但是，當分析高沸點化合物樣品時，該方法存在的弊端是分析時間較長，分析效率低。ASTM D7593將反吹技術引入氣相色譜法，可實現燃油稀釋率的快速分析。該系統可應用于發動機潤滑油中汽油、柴油和生物柴油分析。

在此項研究中，使用了配備反吹系統的氣相色譜法和利用氮氣作為載氣進行分析，從而節約分析成本。

 圖4 島津反吹系統

3-1丨方法

使用配備有反吹系統的Nexis GC-2030氣相色譜儀對發動機潤滑油中的燃油稀釋率進行分析。根據汽油n-C12和柴油n-C20的停留時間，設置反吹起始時間。

表3 分析條件

3-2丨結果

 圖5 發動機潤滑油中稀釋汽油分析色譜圖

 圖6 混入柴油的基油樣品的長期連續分析

表4 稀釋汽油分析的重現性（％，n = 10）

表5 稀釋柴油的重復性（％，n = 10）

使用配備反吹系統的氣相色譜儀實現了測定時間小于2分鐘的高效率汽油稀釋率測定和小于4分鐘的高效率柴油稀釋率測定。僅需將樣品放置于小瓶中即可進行分析，無需任何預處理操作（如：溶劑稀釋）。此外，Nexis GC-2030可同時使用兩套反吹系統流路讓生產率提高一倍。

該系統具有良好的重現性，并在使用廉價氮氣載氣的同時，滿足ASTM D7593中的要求。在 600次分析中，所得稀釋率的重現性 ％ RSD為2.3％，每實施200次分析對耗材（如：隔墊）

進行一次維護，此處顯示出其出色的長期穩定性。特別是對于質量控制部門而言，由于需要進行大量樣品的常規分析，因此對于低成本、快速分析的需求十分迫切。本應用中，我們介紹了一種使用配備有反吹系統的Nexis GC-2030氣相色譜儀對發動機潤滑油的燃油稀釋率進行經濟高效、快速的分析方法。

4、 使用ICP-AES分析廢舊潤滑油中的添加劑元素、磨損金屬和污染物

分析潤滑油中的金屬磨損可為評估潤滑油變質和發動機狀態提供有用信息。同時，在潤滑油中添加富含各類有機金屬物質的多種添加劑可增強其潤滑性能。為保證潤滑油質量（實現質量控制），控制添加劑濃度十分重要。根據ASTM D5185和D4951，使用有機溶劑稀釋的ICP-AES測定廢舊潤滑油中所含有的添加劑元素、磨損金屬和污染物。

本研究中，我們使用島津ICPE-9820發射光譜儀，根據ASTM D5185中針對廢舊潤滑油樣品所的22種元素（包括ASTM D4951中所述的9種元素）實施分析，并同樣對未經使用的潤滑油樣品實施分析以作參考，樣品均使用有機溶劑進行稀釋。ICPE-9820采用垂直方向的炬管設計，可有效防止積碳，并在無需加氧的條件下，為有機溶劑樣品進行穩定的分析。

4-1丨方法

使用島津ICPE-9820進行測定。測定條件見表6。常規ICP儀器進行有機溶劑樣品分析時，通常須將氧氣導入等離子體中，以防炬管管口上形成碳沉積。然而，島津ICPE-9820采用了可抑制碳沉積的炬管，幾乎可*消除由樣品和有機溶劑形成的積碳。因此，即使在分析煤油、二甲苯和MIBK等品類的有機溶劑樣品時，ICPE-9820依然無需導入氧氣來抑制碳沉積。此外，由于島津ICPE-9820采用真空光室，因此在分析類似硫等波長處于真空紫外區域元素時，無需使用消耗昂貴、高純度氣體的吹掃光室，可節約分析成本。

表6 分析條件

廢舊汽車潤滑油（行駛里程約4000公里）與僅用于分析樣品的新潤滑油。樣品預處理包括：各樣品稱約10 g，然后用100 mL的煤油進行稀釋。使用煤油準確稀釋SPEX油基21元素混合標準溶液（500μg/g）、SPEX油基單元素標準溶液（5000μg/g）與重油硫含量標準樣品（重量的1.05％）制備標準溶液。

此外，用煤油稀釋油基Y（釔）單元素標準溶液（5000μg/g），并作為內標元素添加至所有樣品中，從而使所有樣品保持固定濃度。

為了驗證測定值，將上述標準溶液添加至廢舊潤滑油中，制備5 mg/L溶液，用作低濃度元素加標回收測試樣品。此外，對于高濃度元素，使用煤油將廢舊潤滑油稀釋50倍以制備稀釋測試樣品。

4-2丨結果

表7給出分析結果。針對廢舊潤滑油，高濃度元素稀釋測試和低濃度元素的加標回收測試均獲得了接近100％的優異結果。此外，同樣列出針對新潤滑油實施分析所獲的分析結果，以供參考。使用ICPE-9820，可以穩定地分析廢舊潤滑油中的溶解元素，而無需導入氧氣。

表7 潤滑油的分析結果

峰值回收率（％）=（C1-C2）/B×100（C1：加標樣品定量值；C2：非加標樣品定量值；B：加標濃度）

稀釋測試（％）= I/S×100（I：稀釋前樣品的定量值；S：5倍稀釋樣品的定量值×5）

檢測極限：DL = 3×σBL×κ（σBL：背景強度的標準偏差；κ：濃度/強度）<：小于檢測極限

5、 結論

• 使用FT-IR、GC和ICP-AES可獲得關于潤滑油變質分析的有用信息。

• 緊湊型IRSpirit和Pearl可輕松獲取符合ASTM E2412要求的數據。

• 使用GC-2030反吹系統可對潤滑油燃料稀釋品實施經濟有效的分析。

• 使用ICPE-9820，無需導入氧氣即可穩定分析潤滑油中的溶解元素。

文章參考：ASTM E2412-10、ASTM D7593-14、ASTM D5185-18、ASTM D4951-14