红外光谱法检测润滑油中水分含量的研究

红外光谱法检测润滑油中水分含量的研究

李娟 马嘉敏

鄂尔多斯市神东检测有限责任公司 内蒙古自治区 鄂尔多斯 017209

摘要：文章主要是分析了红外光谱检测的基本原理和特征峰的选择，在此基础上讲解了油中水对红外光谱的响应，最后探讨了滑油中水分所造成的危害，望可以为有关人员提供到一定的参考和帮助。

关键字：红外光谱；油液监测；水含量

1、前言

润滑油中水分含量是能够检测油液的重要指标，水分的存在会促使到油品氧化发生变质，而破坏了油膜的形成，导致润滑的效果下降。红外光谱是当前已被广泛应用在油液检测中的新技术，其能够依据润滑油组成分中对红外光谱吸收峰的出现以及变化，了解到润滑的实际情况，且其的操作简单。

2、红外光谱检测的基本原理

广义上讲，各种电磁辐射都有一个共同的特点光谱原子核外电子能级跃迁形成的光谱称为原子光谱，分子振动的两个转动能级跃迁所形成的光谱称为分子振动光谱。因为它的波长出现在红外区，也就变成了红外光谱。什么时候红外光的连续波长照射物质，这种光谱称为分子光谱，即被称为物质光谱。分子需要吸收一部分能量，并将其转化为分子振动和振动的内能旋转。旋转红外波段可以通过分散光通过红外波段获得物质以波长或波数为横坐标，即可得到物质的红外吸收光谱以透射率或吸收率为纵坐标。不同的分子具有不同的振动内能和转动内能，因此吸收峰的位置和高度不同。

3、特征峰的选择

由于h-oh的强拉伸振动，在3400cm-1和1630cm-1处有较强的吸收峰，而矿物油在3400cm-1处没有吸收峰。因此，在不受矿物油干扰的情况下，可选择3400cm-1处的峰作为油中水的特征峰，1630cm-1处的峰作为判断油中水存在的辅助判据。

4、油中水对红外光谱的响应

4.1、发动机油中的水

按照机油中不同程度水污染的红外光谱，Oh的展布面积为3500-3150cm-1，基线应在4000-3680cm-1和2200-1900cm-1之间的最低点。机油中的固体颗粒（例如碳沉积物）会引起红外光散射。当机油中的碳含量高（约10%，质量比，固体）时，可能会干扰柴油机中水含量的测量。这种干扰（例如3%-5%，质量比，固体）可以忽略不计并超过限制值。

4.2、齿轮油和液压油

在传动系统和液压系统中，水也是最常见的污染物。在这些不同于柴油的体系中，水与极压添加剂的反应不同，导致红外响应不同。因此，这里的湿度测量是不同的。石油和水污染的测量显示了总体水平。整个红外光谱的基线位移光谱包括0.3%的水分。该方法可用作极压油（如橡胶带油）的碱性水添加剂来测量湿度。由于基本湿度测量基于积分吸收带，没有局部基线校正，因此高浓度的积炭、灰尘和红外散射颗粒可能会高估湿度阅读。但是典型的齿轮箱和液压系统的颗粒水平不是够了。很明显, 基线移动和倾斜、磨损金属分析、颗粒计数或其他测试将表明齿轮箱或液压系统正常工作安全的，系统处于临界润滑状态。

4.3、多元醇酯中的水

正如需要按照不同的反应来调节红外光谱以测量机油，齿轮油和液压油中的水分一样，多元醇酯也需要不同的水分测量区域。应该注意的是，这些系统中的水分表示为宽带，但是大多数强响应频率都高于油。水分的最大影响是，多元醇酯润滑剂严重降解时会破裂，并与该范围内的综合湿度测量区域重叠。但是，只有在润滑油严重降解的情况下才会产生这种效果，这意味着无论实际的水分含量如何，都需要采取维护措施。

5、滑油中水分的危害

5.1、导致添加剂损失

润滑油中的添加剂通常是有机化合物，有的在水中水解，有的悬浮在油中，以胶束的形式沉淀在水中，有的溶解在水中，从油中提取，造成添加剂失效，润滑性能下降减少。结果表明船用无水柴油机的总碱值在100℃时低于额定功率柴油机的80%好几个小时了结果表明，船用无水柴油机的总碱值降低了58%，不溶物减少了2.8%，活塞环磨损量增加了2倍，活塞组沉积速率提高了2-3倍。

5.2、成腐蚀磨损和锈蚀

润滑油中的水和空气共同作用于钢制零件，因此容易发生电化学腐蚀反应和生锈发生在此外，铁锈颗粒和其他金属颗粒以及水和空气可作为催化剂在润滑油中氧化，加速零件的腐蚀和磨损。

5.3、机械设备的危害

水会引起钢零件的电化学腐蚀，从而导致机械设备零件的腐蚀并缩短机器的使用寿命；另外，产生的金属锈离子会与水和空气一起催化润滑油的氧化，并加速机械设备的腐蚀和腐蚀，腐蚀和磨损会破坏金属摩擦面之间的润滑油膜并影响润滑设备。

5.4、润滑能力的危害

水分会使润滑过滤器的滤纸元件膨胀，堵塞过滤器孔并降低其过滤性能；水分会降低油膜的厚度和刚性，并降低油膜的承载能力；水分会导致油剂中的极压剂水解并失效;当摩擦副失效时，在高温高压下，油膜中的水会变成蒸汽，形成气泡并破裂，导致气蚀磨损。

5.5、油品质量的危害

水会促进润滑油的氧化，导致润滑油变质乳化。确定润滑油中的添加剂，特别是极压抗磨剂和白色乳状液，含有多种添加剂添加剂。这些添加剂通常是有机化合物，有的微溶于水，有的溶于水，然后提取与水，其他悬浮在胶束中的油，然后与水沉淀，导致一些添加剂失败。结果表明，船用柴油机在80%额定功率下运行100小时，非水污染柴油机的总氮降低22%，不溶物含量降低0.7%，总氮降低0.7%，水污染柴油机的总氮降低58%，不溶物含量降低0.7%不溶物含量降低了2.8%，活塞环磨损增加了2倍。润滑油中添加了各种添加剂，特别是洗涤剂、分散剂、防锈剂和极压剂，其中大部分是表面活性剂。什么时候机油进入水中，机油和水在曲轴和泵的作用下搅拌，使机油乳化形成白色乳化液发动机水进入燃烧室，使洗涤剂分散剂和抗氧化剂水解失效，使柴油机迅速氧化机油石头。石头2缸缸套水封圈损坏泄漏。之后也就是说，水封圈更换了不止一次一年前的事用户以很好的效果返回给用户回应。之后行驶2000公里，柴油机油无异常发黑和油泥沉积。

6、红外光谱定量分析法

以油中水的测定为例，介绍了红外光谱法测定油中水的方法。在红外波段为3400cm-1，对油中水的检测准确度可达0-05，但远不如卡尔费休法灵敏然而，滴定法, 这种精度足以监测油和水污染h-oh的膨胀和收缩导致以3400cm-1为中心的宽特征区域，油中的水含量高。高通过测量3700cm-1的单点基线和3740cm-1的两点基线，可以确定3120cm-1的含水量和3428cm-1的峰高。校准曲线通常在0.05%到0.5%（质量比）之间，但有时可能高达1%。当含水量过高（大于1%）时，将采用光学测量方法（如红外测量）已经用过了矿物油的含水量非常不稳定线性。之后加水制备标准油样，油干后立即制备水样分析，减少油样干扰请给我一瓶避免绘制校准曲线线性，使用用来装标准油样的塑料瓶。由于乙二醇还包含羟基，因此会干扰水含量的准确定量。另一方面，乙二醇具有用于检测和定量的其他光谱特性。因此，在存在乙二醇的情况下，可以通过红外检测水的含量，但是由于乙二醇的污染反映了发动机润滑问题的严重性，因此无法可靠地量化水的含量，但是对乙二醇的影响很小。

7、红外光谱法分析油中水含量的有效性

为可以验证红外光谱法检测油中水分的有效性，制备了不同水分含量的样品进行分析分析用于制备样品的新油的含水量为5.93×10-4（质量分数），因此，制备样品的总含水量是添加水和新水的含水量石油。石油制备样品的实际含水量由总含水量与总含水量之比计算得出质量红外理论含水率的结果应为实际含水率与样品水的差值内容。考虑到新机油含水量的影响，红外光谱法测量机油含水量的结果与实际情况非常接近。如果新机油中的水含量很低，则通过红外光谱法测得的机油中的水含量与实际发动机中的水含量相同，并且中油的流量与机油中的流量非常一致，因此，机油检测精度可以完全满足机油状态监测的要求。

8、结束语

由上可知，在利用红外光谱检测油中水分含量的过程中应当中重视到新油中分含量以及润滑油中的固体污染物等会对造成干扰的影响。在污染物含量超过一定程度是会对结果造成影响，但在实际检测过程中很少会出现这种情况，为此可以采用到污染物提前过滤等的方式能够有效避免到此现象的发生。

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