利用红外检测代替部分理化性能检测的可行性分析与探讨

【摘要】红外光谱的测定结果能够反映油品氧化、硝化、水分、烟炱等指标的变化，通过测定相关物质和官能团对红外光的吸收程度来确定物质的分子构成，在本文中我们利用假设法来分析和探讨是否能够用红外测定结果部分代替独立的理化性能检测过程。本次探讨仅为一种猜想，其结果的正确性无法判定，还需要有长期的、大量的并且过程严谨的实验量加以佐证。

【关键词】红外光谱代替理化检测

Abstract：The infrared spectrum measurement results can reflect the changes of oxidation，nitration，water，soot and other indicators in oil，which according to measure the degree of related substances and functional groups absorb infrared light to determine the composition of matter molecular.In the paper，by using the assumption method to analyze whether the physical and chemical measurement could be partially replaced by infrared detection or not.The guess could not insure the correctness of the results that need a long and rigorous process with numbers of experiments to be corroborated.

Keywords：infrared spectrum replace detection

0引言

油液监测技术的初期阶段，多聚焦于针对油中所含磨屑的分析，普遍认为设备的状态主要体现在油液所含磨损产物之中，因此通过对磨屑的总量、大小分布、化学组分、几何形态四个方面的信息即可判断设备的运转状态。这种概念长期主导着油液分析状态监测的实践活动，因此传统的油液监测实验室设备主要是元素分析光谱仪、颗粒计数器和铁谱仪。

加拿大两大铁路公司试验的统计结果表明：油液（油和液压油）的品质对机械设备的可靠性与耐久性具有非常重要的作用。油液的衰变和污染是导致设备失效的根本原因，保持油液的品质和功能才是保证设备安全运行的必要条件，更明确的说：磨屑分析时监测失效的证据，而油品分析则可追溯失效的根源[1]。

1目的和意义

为了能够反映基础油和添加剂在使用过程中的衰化变质和污染，必须选定相应的基本参数。JOAP与ASTM经过多年的研究，提出对于矿物型曲轴油箱、极压齿轮油与合成油而言，应分别采用不同的基本参数来反映油液的衰变与污染。

矿物型曲轴油箱：反映油液衰变的参量为氧化、硝化、硫酸化和添加剂损耗；反映油液污染的参量为水分、烟炱、乙二醇和燃油稀释。

极压齿轮油：反映油液衰变的参量为氧化；反映油液污染的参量为水分。

合成油：反映油液衰变的参量为合成油基本构成的降解和TCP等典型添加剂的损耗；反映油液污染的参量为水分、燃油稀释和其他油液的混入。

为了突破传统检测方法的局限性，能够准确反映基础油和添加剂在使用过程中的衰化变质和污染，红外光谱分析技术在此领域得到了广泛的应用。目前傅里叶红外光谱分析技术（FTIR）被广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域。FTIR将简化数据的管理、储存和提取，方便进行统计分析与可靠性分析，改善了趋势分析的条件。建立标准的工作步骤之后，用统计方法可以求出现实的报警值和界限值以备日后分析之用[2]。

红外光谱的测定结果能够反映油品氧化、硝化、水分、烟炱等指标的变化，通过测定相关物质和官能团对红外光的吸收程度来确定物质的分子构成，在本文中我们利用假设法来分析和探讨是否能够用红外测定结果部分代替独立的理化性能检测过程。

2 步骤和方法

2.1 假设红外光谱测定结果可以定量反映出油部分理化性能。

2.2 已知条件：

2.2.1运用库仑法测得油中含水的体积百分比为0.0142%，主要目标离子为样品中的氢离子；

2.2.2酸值为0.798 mgKOH/g，主要目标为样品中的氢离子；

2.2.3利用同一批次的新油作为背景，测得送检样品中水分的吸光度为2.738513，用A表示；

2.2.4羟基的吸光度为2.319954，用A1表示。

2.2.5该样品密度为0.883g/cm3用 表示。

2.2.6氢键的吸收系数为 。

2.2计算过程：

2.2.1假设红外测量水分结果与单台设备测量结果完全相同，即水分含量的体积百分比为：

0.0142，在此基础上推导出质量百分比（质量浓度）：

其中：V1表示水分的体积数值；

V2表示油液的体积数值；

密度单位由于约分省略。

2.2.2实验使用设备为傅里叶红外光谱分析仪，样品透射池厚度为0.1mm，结合比尔朗伯吸收定律：

其中 为吸光度

为吸收系数

为样品厚度

为检测元素质量浓度

计算过程如下：

计算所得 即为氢键对红外光的吸收系数。

2.2.3我们知道，红外测定中反映酸值变化的主要官能团为羟基，如果假设是正确的，那么羟基的红外测定结果吸收系数也应为 ，即将所有相关已知量带入到比尔方程中所求得的浓度与用单台设备所测定的浓度误差在合理范围内，理想情况下值应当相同。

该已知样品的酸值为0.798 mgKOH/g。

3结论

可以看到两者的结果相差其实很大，造成这种情况的原因是多种多样的，红外这里只分析了羟基的相关变化，而样品中还有其他氧化降解物质引起的酸值增长，但是由于官能团分子结构的不同造成无法进行合并分析，只能进行趋势分析，所以利用红外只能侧面反映样品理化性质的变化趋势，而不能代替理化检测得出结论。

而水分在红外测定中和库仑法测定中的含义也有所不同，这里之所以取两者为等量是因为氢键的共同特点，即便如此，样品中除水分外也还有其它含氢键的物质元素及官能团。

另外，氧化、硝化、硫化都可以产生酸性物质。根据总的酸值测量无法判断其真正的起因，也就很难采取恰当的措施来消除出现异常的根源。从另一方面说，油液与氧发生化学反应后形成羰基和羧酸。在高温条件下，这些反应物的生成与化合将会产生很大的分子团而最终从油中析出，即所谓油泥、沉渣、酸性物和盐。油中的各种变化多为缓慢而复杂的过程，因此，本次探讨仅为一种猜想，其结果的正确性无法判定，还需要有长期的、大量的并且过程严谨的实验量加以佐证。

参考文献：

[1]油液监测技术：杨俊杰[M].陆思聪周亚斌.北京：石油工业出版社，2009

[2]石油产品基础知识：程丽华吴金林[M].北京：中国石化出版社，2006

作者简介：孙晓丹、1988、女、内蒙古、本科、助理工程师，机械油。