簡介潤滑油是機械裝置中一種至關重要的組成。與其它組成一樣，早期損耗檢測對于潤滑油的及時更換是非常必要的，可以在降低嚴重損毀的風險同時又避免不必要的維護——。潤滑油在使用過程中會不可避免地產生降解，而且會暴露于各種導致其降解而減弱機械部件保護效力的內部或外部污染。對即將發(fā)生的潤滑油失效的早期識別可以預防代價嚴重的損壞。紅外光譜(IR)是一種快速、低成本的分析技術，既可以提供潤滑油化學狀態(tài)的特定信息，還可以提供潤滑油樣本采集處的機械部件工作狀態(tài)信息。定期采樣產生的趨勢數據可以用來監(jiān)測引擎性能和運行狀況。這使得潤滑油可以在最佳周期進行更換，從而具有兩大益處：只在必需的時候更換潤滑油，降低成本；問題可以在早期被發(fā)現，從而可以采取恰當的預防措施。通過實驗室常規(guī)測試與便攜分析儀現場分析的互補，潤滑油狀態(tài)監(jiān)測的益處可以被進一步增大。本文評論了潤滑油狀態(tài)的珀金埃爾默紅外光譜監(jiān)測，敘述了來自PerkinElmer的“在用潤滑油傅里葉變換紅外光譜分析系統(tǒng)（In-Service Lubricants FT-IR Analysis System）”這一潤滑油現場分析儀的設計考量。

潤滑油狀態(tài)的紅外光譜監(jiān)測通過測量潤滑油樣品的紅外光透射，可以得到紅外光譜。當其中的振動模式被激發(fā)時，潤滑油中的分子會吸收特定頻率的紅外光。紅外光譜的眾多優(yōu)點使其成為潤滑油狀態(tài)監(jiān)測的有力工具。吸收峰的強度與吸收物種的濃度成正比，因而紅外光譜測試提供的信息既可以定性又可以定量。紅外光譜的主要優(yōu)點之一是測試的快速性：所需的樣品預處理極少（除了均勻化和過濾），數秒鐘內即可獲得光譜。紅外光譜可被用于檢測潤滑油中可能存在的多種添加劑、降解產物和潛在污染物。例如：污染物煙灰是不wan全燃燒的副產物。盡管潤滑油中可以容許存在較高濃度的煙灰，如果超出預期的煙灰濃度隨時間推移而增加，可能說明燃料空氣比錯誤、空氣過濾器堵塞或者潤滑油更換周期過長。潤滑油中水和乙二醇的出現說明制冷系統(tǒng)存在泄漏，需要馬上注意。如果只出現水，可能是因為運行溫度較低導致的冷凝。液壓系統(tǒng)中的水可能來自儲油器中的冷凝。潤滑油中未燃燒的燃油可能說明了燃燒過程較差。盡管燃油與潤滑油的化學結構非常相似，燃油中的芳香化合物含量可以用于建立校正模型。

化學降解潤滑油在較高溫度下暴露于氧氣中時會發(fā)生氧化。潤滑油氧化反應的機理非常復雜，然而最終的結果是潤滑油黏度增加、清漆形成、以及使?jié)櫥退岫仍黾硬⒖赡軐е赂g的羧酸類物質的增加。抗氧化劑存在時潤滑油氧化速度較慢，而抗氧化劑耗盡時潤滑油氧化速度顯著加快。潤滑油的定期監(jiān)測是非常重要的，以便在潤滑油氧化速度突然增加之前采取正確的措施。燃燒過程中產生的氮氧化物也會氧化潤滑油，生成含氮和氧的產物。與氧氣氧化一樣，這也會導致潤滑油黏度增加、清漆形成和油基儲備消耗。較高的硝化氧化水平可能說明了一系列的問題，例如燃料空氣比錯誤、火花定時錯誤、載荷過大、運行溫度較低或者活塞環(huán)漏氣。如果燃油或潤滑油的雜質或添加劑中含有含硫化合物，燃燒過程中會產生酸性含硫化合物。這會導致堿性添加劑的消耗并最終產生腐蝕。在溫度較高且有水存在時，以多羥基酯為基礎的合成潤滑油容易發(fā)生水解。酯分解產物也會增加潤滑油的酸度，有時會產生結晶堵塞過濾器。添加劑耗盡為了使?jié)櫥途哂兴枰奶囟ㄐ阅埽鞣N各樣的化合物被添加到其中。在潤滑油使用過程中這些添加劑可能會被耗盡，而對添加劑的消耗進行監(jiān)測可以為即將發(fā)生的潤滑油失效提供早期預警。二烷基或二芳基二硫代磷酸鋅（ZDDPs）等抗磨劑可以通過摩擦熱的活化而在金屬表面形成包覆層，以阻止金屬與金屬的直接接觸。這些添加劑可能會因為水解或氧化而耗盡，導致磨損速率的增加。酚類抗氧化劑經常用于渦輪機潤滑油中。抗氧化劑的耗盡會導致氧化速率的迅速增加。圖3所示為同一潤滑油在使用前和超期使用后的光譜。高品質的FT-IR系統(tǒng)很容易地測出二者的顯著化學差異。圖中顯示了上述一些成分對應的特征吸收。

標準化測試方法實施的聯(lián)合油品分析計劃（Joint Oil AnalysisP ro gr am,J OAP）建立了潤滑油的紅外光譜測試方法，這些方法已經被廣泛應用。近來，ASTM國際組織（ASTM®International）提出了一系列標準操作和測試方法（參見ASTM®E2412, D7412, D7414, D7415,D7418）。PerkinElmer的OilExpress等新軟件支持這些測試方法。使用紅外光譜可以建立定量校正方法，對潤滑油中的重要成分進行準確的濃度測試。然而，實際中這不是必需的——大多數情況下，用特征紅外吸收峰的強度來表示測試結果（以及預警或警報限）就足夠了。有兩種原理不同的測試方法。在以往，最常見的方法是將已使用潤滑油的光譜減去未使用潤滑油的光譜。差譜上的譜圖特征來自潤滑油的變化，例如降解、添加劑耗盡或污染物。該方法簡化了譜圖解析，但是依賴于有效的潤滑油參比光譜以進行差減——并非所有時候都存在可用的參比光譜，例如當潤滑油中混入了其它產品的時候。

目前，上文所述的JOAP和ASTM®測試方法等“直接趨勢”方法的應用更為廣泛。這些方法將測試過程簡化為直接測量使用后潤滑油的光譜，根據潤滑油使用壽命期間的趨勢對測試結果進行解析。根據大量機械部件的趨勢結果，可以建立報廢限度。由于不需要對每一臺儀器都進行校正，這些方法可以很容易地應用于新的系統(tǒng)。然而，這要求所使用的光譜儀可以提供重復性和重現性都很好的測試結果。分析操作：現場測試的要求測試過程迅速，測試結果信息量大，使紅外光譜成為潤滑油分析實驗室的常規(guī)方法之一。通常情況下，這些實驗室要應對的樣品量極大，因而依賴于具有自動進樣功能的FT-IR系統(tǒng)來實現較高的分析速度。獲得圖3所示數據使用的是PerkinElmer OilExpress系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持ASTM®、JOAP和用戶自定義的分析規(guī)程，使用基于注射泵的液體自動進樣儀來滿足每天要分析成百上千個樣品的實驗室對測試通量的要求。盡管高性能的實驗室FT-IR系統(tǒng)非常成熟健全，但是將潤滑油樣本從機器轉移到檢測實驗室是有相當的時間延遲的，特別是采樣地點遙遠且位于崎嶇地帶時。這些恰恰是最需要避免儀器故障和停機時間的環(huán)境。因此，近來人們日益關注于將潤滑油狀態(tài)檢測移出實驗室而在采樣地點對樣品進行分析。現場檢測可以立即反饋潤滑油的狀態(tài)——如果檢測結果指示出嚴重的缺陷，可以馬上停機尋找缺陷原因，以免產生更加嚴重的破壞。在以前，堅固性不足、移動性較差或者用戶界面復雜而要求專業(yè)的操作，使得FT-IR潤滑油狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)并不很適用于現場分析。然而，現在的儀器使得通過移動系統(tǒng)獲得實驗室質量的測試結果成為可能。耐用性和便攜性最新推出的Spectrum Two FT-IR光譜儀被設計于能夠面對現場分析的挑戰(zhàn)而不降低其分析性能。該儀器小巧緊湊（重量僅為13千克），使用專門的搬運箱可以很容易地運輸。在確保采集數據可靠性的前提下，該系統(tǒng)不到30秒即可掃描一個樣品，將實驗室級別的測試結果帶到現場。