红外光谱技术在润滑油行业应用

　　红外光谱技术是鉴别未知物和分析物质结构的重要手段，已被广泛应用于物质的定性鉴别和半定量分析。随着此项技术的迅速发展和仪器的大量普及推广，已被广泛应用于润滑油和添加剂分析领域，成为一种有效的现代仪器分析方法。本文将结合具体的应用，探讨红外光谱技术在润滑油行业的现有状态及发展趋势。

　　1.红外光谱技术在润滑油性能测定中的应用

　　随着现代工业的快速发展，润滑油的应用领域越来越广阔，产品种类不断更新，性能不断改善。润滑油是机械运转的血液，机械和装备的使用寿命和经济性与燃料的质量、性能和合理使用有密切关系，因此对其性能的研究尤为重要。红外光谱测定技术主要是呈现有机化合物中的各种结构、功能基团的基频吸收，光谱信息量大，能够获得与润滑油性能相关的功能基团信息。以内燃机油抗氧化性能的评价为例，应用红外光谱技术，对润滑油组成、结构的红外光谱特征进行研究，采用量化自组织神经网络数学模型，建立了红外光谱快速评价内燃机油氧化性能的新技术，为润滑油的研制、生产和质量控制提供了一种简便的技术手段。

　　润滑油的有机结构组成决定其物理化学性能，碳分布和环分布对油品性能有重要影响。测定碳分布和环分布的经典方法比较复杂，精度也有一定的限制。应用红外光谱法，用已知标样做标准，测定芳烃在1600cm-1的吸收饱和烃在720cm-1的吸收，100%减去两类的碳含量之和即为环烷烃的碳含量，为碳分布和环分布的分析提供了一种有效的方法。

　　2.红外光谱技术在在用油监测中的应用,对红外光谱得到的谱图对比分析,可以判断油品的优劣,油品是否用错,在用油是否发生了氧化变质,是否掺入了水分等等,从而实现对油品质量的控制。在润滑油的使用过程中,由于高温,有害气体、液体或金属催化等作用,在苛刻的使用环境中,容易发生复杂的物理和化学变化,从而导致油品老化变质,红外光谱技术可以实现对其使用性能的监测。美国试验与材料协会标准ASTME2412中明确规定了应用红外光谱技术对在用润滑油中的氧化物、硝化物、硫化物、水分、乙二醇和烟怠含量的测定方法,通过趋势分析监测润滑油使用过程中的氧化衰变、添加剂的降解及污染情况,并以此为参考依据判断油品的使用情况,推断换油周期。

　　在对柴油机油使用过程中添加剂降解规律的研究中,通过选取特征峰的方法,测定ZDDP,羧酸盐,磺酸盐的含量,在行车的不同时间进行定量测定,最终确定换油期。在应用红外光谱监测ZDDP的降解过程中,利用红外光谱方法,筛选台架试验ⅢD与VD,节省了台架试验费用,因此预先红外监测评定的结果很有实际意义。应用FTIR光谱监测烃基发动机油,同样采用选取特征吸收峰的方法分析了抗氧剂、氧化值、硝基、乙二醇,抗磨剂并作了较全面的阐述。

　　润滑油中的水分含量也是一个非常重要的参数,水污染会导致机械部件的腐蚀和磨损,红外光谱法可精确测定润滑油中的水分,提供了一种除卡尔费休电位滴定外的备选方法。将红外光谱法测定的氧化值、硝化值、硫化值进行加和与酸值增值进行相关性研究,通过相关性验证表明通过理论计算得出的酸值增值与实际测定的酸值增值具有一定的相关性,用红外光谱法测定氧硝硫值代替实际测定的酸值增值在理论上是可行的。

　　1.红外光谱技术在添加剂定量分析中的应用

　　润滑油中的添加剂是保证其使用性能的基础,为了改善润滑油的性能,需要加入各种添加剂,包括清净剂、分散剂,抗氧抗腐剂等等,因此对润滑油添加剂的分析非常重要而有意义。近年来,利用红外光谱法分析润滑油添加剂,在国内外均获得了广泛的应用。红外光谱分析可以通过选定合适的特征峰,依据特征峰吸收强度对其进行定量分析。在对合成脂肪胺、对苯二甲酸盐添加剂的红外光谱研究中,通过选取红外特征吸收峰的方法对其进行定量分析,确定了红外特征吸收频率的归属,对添加剂红外光谱与分子结构的关系进行了深入地探讨。

　　在对添加剂十二烷醇、硬脂酸的红外光谱测定中,十二烷醇选取1056cm-1为特征峰,硬脂酸选用1713cm-1处为特征峰,得到了较为理想的分析结果。在对润滑油中ZDDP和E644(丁二酰亚胺)的定量测定研究中,应用红外光谱法,分别选取667cm-1和1706cm-1作为ZDDP和E644的定量吸收峰,采用基线法计算吸光度,测定了ZDDP和E644的含量,为油品的经济配方研究、台架评定及理化指标等综合分析提供了理论依据。

　　在开展分散型OCP中的丁二酰亚胺含量的研究工作中,红外光谱法与元素分析仪法、电量法和克氏定氮法测定的丁二酰亚胺中的氮含量有较好的关联,由此可以通过酰亚胺基团的多少表明分散剂有效组分的相对含量。除通过选取特征吸收峰通过峰面积测量进行定量分析外，还可利用PE1725XFTIR及PE公司“Quant”软件测定润滑油添加剂单剂与复合剂,该测定不需要分离手段,测定准确迅速,操作简便,为测定润滑油添加剂与基础油提供了一种方便手段。

　　2.红外光谱技术在添加剂结构鉴定中的应用,红外光谱作为功能团鉴定和结构分析的有效方法,广泛地应用于添加剂结构的鉴定。在红外光谱图中,各类化合物的功能基团都有其特征的红外吸收带,因此可作为表征分子结构的一种有效手段。在对钙镁钠复合金属型清净剂的基本性能与应用研究中,应用红外光谱对两种产品的谱图进行了比较分析,确定了该产品中含有部分氢氧化物,从碳酸盐粒子的特征吸收峰推断该胶体结构中含有无定型碳酸盐。

　　在对磺酸盐清净剂的应用研究中,利用红外光谱法研究了磺酸盐清净剂的组成和结构,并以碳酸根官能团的红外光谱特征峰为依据,建立了磺酸盐清净剂碱值的预测模型,并与现行评定方法相关联,预测准确度较高。该方法的建立可对原料添加剂进行质量考察,为监控生产和市场打假提供有效手段。在对镁盐润滑油清净剂合成机理的初步研究中,应用红外光谱对制备过程中的中间产品进行分析,依据特征吸收峰推断官能团的存在与否,初步判断了产品中组分的情况。在对新型无灰分散剂的结构分析研究中,通过对预处理后得到的干剂的红外光谱分析,将得到的谱图与标准谱图对照,确定了该干剂的类型,提供了重要的结构信息。

　　在对N-取代聚全氟甲苯酰胺抗氧抗腐添加剂的结构表征中,应用紫外光谱和红外光谱,表明其目标产物已被合成。近年来,纳米材料在润滑油抗磨添加剂的研究中表现出了巨大的潜力,采用溶胶–凝胶法制备出的硬脂酸修饰的TiO2。纳米粒子作为润滑油抗磨添加剂,在制备过程中利用红外光谱对表面修饰的TiO2和硬脂酸进行特征峰确认,结合AFM确认了表面有机层的存在,提供了重要的参考信息。

　　除了对样品谱图进行直接解析外,红外差谱技术与计算机检索技术结合也可应用于未知物组成的分析,在对一些样品的分析中简化复杂、费时的化学分离工作的同时,提供了一种快速,简便的检测和鉴定方法。根据朗伯–比尔定律,吸光度有加和性,在混合物光谱中,某一波数处的总吸光度是各组分在该处产生的吸光度值的总和。对于两个组分以上的多元组分体系,应用差谱技术可以对多组分混合谱图逐级进行差减,最后得到单一组分的光谱,从而达分离和鉴定的目的。在对添加剂样品进行简单蒸馏后,通过红外解析,差谱技术和计算机检索技术对其进行了定性分析,证明添加剂样品是由甲苯、N,N-二乙羟胺和壬基酚聚氧乙烯(NP10)3个组分组成的。实验表明,红外差谱分析技术是油品添加剂分析的一种有效方法。

　　红外光谱法广泛应用于添加剂结构组成的研究,利用红外光谱分析建立了诸多谱库,通过计算机进行红外谱图检索,可进行对未知物的结构鉴定。众多标准谱库在应用于石油产品添加剂的分析中，由于与实际样品差别较大,无法达到理想的效果,刘苹等曾应用MicrosoftAccess软件,建立了一套包括约400个国内外石油产品添加剂的红外光谱数据库,实现了快速查询红外谱图。随着添加剂产品种类的增多及性能的改进,不断更新的添加剂谱库对于确定未知物结构的鉴定、油品添加剂的组成分析以及检测油品质量将起到重要作用,也为油品的研发和生产提供良好的技术支撑。

　　近几年来随着各种联用技术的迅速发展,包括诸如红外显微镜、红外拉曼联用、气相色谐─红外联用、液相色谱红外联用,热红联用等联用技术的逐渐推广,衍生出了更多的分子光谱领域,弥补了红外光谱技术本身的一些不足,使得红外光谱成为分析化学应用中*泛的仪器之一。以色谱--质谱--红外光谱联用为例,该系统综合了色谱的分离能力和质谱、红外的定性鉴别能力,已被应用于齿轮油复合剂中硫化合物的分析。

　　齿轮油复合添加剂中的硫化物作为极压剂,可以在高温,高负荷下和金属表面反应生成无机润滑膜,从而防止烧结和磨损,它是由硫,硫烯、硫化物、二硫化物、多硫化物等成分组成的,硫化合物中硫的数目以及烷基的结构都会影响它的极压性能和高负荷下的抗磨损性能。通过此联用技术,分析了新型齿轮油复合剂中硫化合物的种类、组成和结构。从目前仪器的发展态势分析，相信联用技术必将成为未来红外光谱技术发展的趋势,构建一个综合,连续的完整分析系统将为未知物的分析提供更加强有力的技术支持。

　　结束语

　　总之，红外光谱技术在润滑油和添加剂分析领域的应用已相当普及,不仅能对油品和添加剂进行定量和结构定性鉴定,还可以监测油品在使用过程氧化衰变、添加剂的降解和污染情况。红外光谱技术和联用技术的不断提高和发展,为行业的发展提供了良好的技术保证,必将在润滑油行业拥有更加广阔的应用前景。