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油液中的水會(huì)以多種形式表現(xiàn)出來，從溶解水到乳化水，到游離水。油中水的存在方式取決于潤(rùn)滑油的性質(zhì)以及制備條件。斯派超科技公司的FIuidScan中紅外光譜儀可用于監(jiān)測(cè)油中以各種狀態(tài)存在的水。該裝置通過檢測(cè)水的紅外譜線實(shí)現(xiàn)對(duì)油中溶解水的測(cè)量。通過檢測(cè)散射光判斷潤(rùn)滑油是否存在乳化現(xiàn)象或者是否存在自由水，一旦發(fā)現(xiàn)油液處于臨界水平，F(xiàn)IuidScan便會(huì)提醒用戶。在比較FIuidScan和Karl Fischer實(shí)驗(yàn)室滴定方法的結(jié)果時(shí)，應(yīng)確保油液中水分是同質(zhì)的。當(dāng)水主要溶解在油中時(shí)，就可以進(jìn)行定量比較。下面，我們將討論用FIuid-Scan測(cè)量油中水含量的細(xì)節(jié)。

FIuidScan中紅外光譜儀是一套非常出色的檢測(cè)設(shè)備，它可以檢測(cè)油液中不同形式的的水污染狀態(tài)。當(dāng)水與油相互作用時(shí)，水分子和油分子之間會(huì)產(chǎn)生特殊化學(xué)鍵，它可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的中紅外共振。這意味著結(jié)合的水-油分子優(yōu)先吸收在特定振動(dòng)頻率的中紅外能量。這種吸收是由于鍵振動(dòng)的固有頻率所引起的。想象一下，在集裝箱內(nèi)，由一個(gè)或多個(gè)彈簧與一個(gè)包裹相連所引起的震動(dòng)，彈簧和包裹的結(jié)合體會(huì)產(chǎn)生顯著的固有共振。同樣的原則適用于化學(xué)鍵;入射的紅外光在檢測(cè)時(shí)向運(yùn)輸容器供應(yīng)能量而不是震動(dòng)。使用FIuidScan，我們關(guān)注的是在溶解的水和油之間產(chǎn)生的特別敏感的氧-氫鍵共振（0-H伸縮）。依據(jù)油的性質(zhì)，這種共振發(fā)生在3200和3800cm -1之間，或者是波長(zhǎng)2.63和3.125微米之間。在大多數(shù)礦物基礎(chǔ)油中，該共振將在3400cm-1附近。圖1展示了一個(gè)典型的多重機(jī)油的例子。如下圖所示，隨著油中溶解的水分越的增多，吸收的共振也隨之增加。

由于該過程是可重復(fù)的，并且由化學(xué)鍵的基本化學(xué)驅(qū)動(dòng)，因此可以在吸收共振和油中存在的水的量之間建立精密相關(guān)。下圖顯示，F(xiàn)luidScan對(duì)水的測(cè)定值相比Karl Fischer標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室滴定值有著很好的相關(guān)性。

圖1：機(jī)油中的溶解水吸收共振集中在3400cm-1附近

使用FIuidScan測(cè)量油中水含量的方法：

1. FIuidScan測(cè)量油的光譜，通過嵌入式分析算法量化基于該光譜的水峰值的高度。

2. 然后使用存儲(chǔ)在設(shè)備內(nèi)的算法將該高度值轉(zhuǎn)化為ppm。無論是什么類型的油（或生物柴油）， 當(dāng)水與油結(jié)合時(shí)，這個(gè)特征峰值都是存在的。這就為FIuidScan測(cè)量油中的水含量提供了一種直接、可靠的方法。

3. 通過使用特定算法來確定該峰的真實(shí)高度，引起該區(qū)域光譜改變的其它情況（如油中含有煙炱）可以從真實(shí)的水測(cè)定中消除。

4. 當(dāng)其他物質(zhì)的紅外峰出現(xiàn)在相同的中紅外區(qū)域的情況下，例如當(dāng)油中存在大量防凍液污 染時(shí)，F(xiàn)IuidScan會(huì)識(shí)別并標(biāo)記與水污染相關(guān)的其它峰。

然而，當(dāng)油存在水時(shí)，水并不總是能夠與油*結(jié)合并產(chǎn)生與這種溶解的水相關(guān)的紅外吸收 共振。事實(shí)上，我們常見的是 混合液體既像水也像油，這意味著他們不能很好地混合。幸運(yùn)的是，在提高了流體攪動(dòng)，溫度和壓力條件之后，水通常能夠溶解或在油中達(dá)到飽和，飽和度意味著形成水-油化學(xué)鍵的油分子上的可用位點(diǎn)已經(jīng)用完，飽和度水平可以在液壓油為500ppm至在發(fā)動(dòng)機(jī)油中為3000+ppm之間變化，一旦達(dá)到飽和，油中的水傾向于乳化并在油中形成小球。在水污染嚴(yán)重的情況下，水將以自由水的狀態(tài)存在于設(shè)備的各個(gè)地方。水也可以由于油本身的結(jié)構(gòu)而被分散成這些狀態(tài)，其中油的添加劑可以用于防止油-水鍵形成，但在條件下或當(dāng)油老化的時(shí)候，仍然會(huì)形成共振。

使用FIuidScan進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)紅外線穿過油液時(shí)，游離和乳化水會(huì)使光線發(fā)生散射。圖3 顯示了在耐水、合成液壓油中存在乳化和自由水時(shí)的示例光譜。

散射的標(biāo)志效應(yīng)，不會(huì)使油-水混合物對(duì)紅外光進(jìn)行吸收，而是使紅外吸收光譜呈現(xiàn)出寬且小幅的升高。紅外光在所有方向上都發(fā)生散射，而不是直接透過油，紅外光從系統(tǒng)中丟失，都會(huì)被記錄為通過油的透射下降和吸收光的增加。因?yàn)橛椭械乃旧硎遣痪鶆虻?，所以這種情況是不穩(wěn)定的。例如乳化水，如果被擱置太久，它就可能會(huì)沉淀到容器的底部成為自由水。這將*改變油中的散射量，使得定量測(cè)定乳化水或游離水變得困難。實(shí)際上，ASTM D6304標(biāo)準(zhǔn)Karl Fischer方法中500ppm樣品的再現(xiàn)性上限為 700ppm，原因是由于油中的水缺乏穩(wěn)定性。

 圖2 ：FIuidScan水測(cè)量結(jié)果與圖1ASTM D6304 Karl Fischer滴定法結(jié)果對(duì)比

圖3：油中乳化和游離水的紅外特征：紅外吸收增加，沒有峰，紅外光被散射

FIuidScan的嵌入式算法通過尋找吸收光譜的增加，警告用戶水是否超過預(yù)設(shè)的臨界值。如果超過臨界值，屏幕上將顯示“檢測(cè)到顯著的自由水”警報(bào)。因此，F(xiàn)IuidScan提供的是一個(gè)指示，在溶解狀態(tài)達(dá)到飽和的時(shí)候向用戶發(fā)出提醒，并給出溶解水的含量（PPM），而不是定量讀取水量總數(shù)，因此不能與實(shí)驗(yàn)室卡爾費(fèi)休滴定技術(shù)進(jìn)行定量比較。雖然，檢測(cè)結(jié)果警示用戶潤(rùn)滑油中的水已經(jīng)飽和，但是這個(gè)結(jié)果代表的并不是總水含量。