苏兰兰
上海如金贸易发展有限公司，上海，200235
摘要：在针对润滑油使用状态进行监控和管理的过程中，现代分析技术是非常重要的技术手段，能够帮助我们时刻把握设备中润滑油的状态，及时进行润滑油的添加、更换操作，保证设备的稳定可靠运行。本文从润滑油高温氧化衰变和现代分析技术的内涵出发，就金属磨粒技术、气象色谱技术、红外光谱技术以及其他现代分析技术在润滑油高温氧化衰变领域的实施进行了分析和讨论。
关键词：润滑油；高温氧化衰变；现代分析技术
前言：
润滑油的高温氧化衰变问题是机械工程领域最为突出的问题，也是最需要解决的问题。为了能够更好地把握润滑油的高温氧化衰变情况，无论是国内还是国外，都制定出了一系列的监测方法和标准，这些标准多是对润滑油理化性能指标的检测，虽然内容全面，技术成熟，但是存在时间长、精度低的问题，对于操作人员的能力有着很强的依赖性，而且相应的理化性能参数仅能对润滑油性能变化的宏观现象反映出来，并不能明确其内部分子结构的变化，也无法满足润滑油状态监测的要求。将现代分析技术应用到润滑油高温氧化衰变领域，能够为其衰变激励的探究提供新的方法和手段，保证研究的效果。
1. 润滑油高温氧化衰变和现代分析技术概述
1.1 润滑油高温氧化衰变概述
润滑油本身的工作环境比较苛刻，在高温作用下，与空气和热金属表面的接触会形成具备较强氧化性的工作条件，导致润滑油被氧化。氧化的过程主要是从抗氧剂消耗开始，当抗氧剂消耗达到一定程度后，基础油就会开始氧化，该氧化属于自由基与过氧化物中烃类物质的链式氧化反应，反应过程中，基础油会生成具备较高能量的自由基，与其他分子接触时会打断分子链，产生相应的连锁反应，从而生成包括酸、醛、酮等在内的多种氧化物质。
伴随着氧化过程的深入，链式反应会对润滑油本身的功效产生破坏，导致润滑油颜色加深、酸值变大，易挥发物质增加，密度升高，同时也会出现大量沉淀物质，影响设备润滑系统的正常运行。在粘度增加的情况下，会导致散热性能的下降，影响发动机的正常启动；在酸值增加的情况下，会对设备产生腐蚀；大量沉淀物质的存在，容易引发油路和过滤器堵塞的问题，加剧设备磨损。因此，做好润滑油高温氧化衰变的研究和防范，对于保障发动机设备的稳定可靠运行意义重大。
1.2 现代分析技术概述
一般情况下，会将借助特殊仪器设备，以物质物理性质的测量为基础的化学分析法称为现代分析技术，依照不同的分析目的，可以将现代分析技术的方法分为几种不同类型：一是成分分析，常见的分析技术有荧光分光广度技术、原子吸收光谱技术等；二是分离分析，常见的分析技术有气象色谱技术、高效液相色谱技术、超离心技术等；三是形态分析，指对物质表面或者剖面结构形态进行分析，常见的分析技术有透射电子显微镜技术、二次电子成像技术等；四是结构分析，这也是研究位置化合物最为关键的手段之一，常见的技术有红外吸收光谱技术、质谱技术、核磁共振波谱技术等。
2. 润滑油高温氧化衰变领域现代分析技术的实施
2.1 金属磨粒技术的实施
在正常运转的情况下，发动机润滑油中不会有磨粒的存在，或者磨粒的粒径不会超过10μm，不过在实际运行中，因为外界磨粒混入或者零部件磨损等原因，润滑油中可能会出现粒径较大的磨粒，引发油路堵塞问题，也会进一步催化润滑油的高温氧化衰变，导致润滑油润滑性能的下降，如果不能及时停机处理，则发动机可能在几小时内出现损坏。金属在润滑油中的存在形态有两种，一种是达到一定尺寸的磨粒和磨屑，另一种则是肉眼看不到的金属离子。
当前，我们一般都是结合在润滑油光谱技术和铁谱技术，对润滑油中存在的金属磨粒进行检测。有研究人员对原子发生光谱仪和金属扫描仪在发动机润滑油监测中的应用情况进行了对比，发现前者能够对超过30种的微粒磨损元素浓度进行监测，后者则主要是对大颗粒铁元素和有色元素磨损物进行监测，也有相关研究针对铁谱片中常见的8种金属磨粒进行了研究，提出了一种全新的基于模糊C-均值聚类法的磨粒参数识别方法。
结合现有的文献和研究分析，光谱分析能够准确地将磨粒的成分以及浓度体现出来，但是在面对粒径超过1μm的金属磨粒时，无法对单个磨粒的形貌进行观察和分析。相比之下，铁谱分析技术可以帮助我们直观地对磨粒力度、形貌及结构等进行观察，但是在实际应用中，自动化程度相对较低，对于个体主观经验的依赖性较大，而且仅仅能够对铁磁性元素的磨粒进行监测。如果将上述两种技术结合起来，配合相应的数学模型，则能够得到较为理性的定性和定量分析结果。
对于润滑油中溶解的金属离子，一般是采用电感耦合等离子体/质谱以及电感耦合等离子体发射光谱等方式进行检测。在针对相关内容进行研究的过程中，有技术人员研发出了一种能够对油品中的金属元素进行检测的途径 ICP/MS，其基本原理，是借助油品、有机溶剂以及水按一定比例互溶的特性，以水标取代油标实施相应的探索性试验。另外，可以借助电感耦合等离子体发射光谱ICP/AES，对润滑油中的元素分布进行测定，验证了FTIR在对润滑油基础油及添加剂进行分析中的可信度。上述两种技术有着极高的测定精度，结果准确性强，在检测油品中金属元素种类的同时，也可以实现对有机化合物及金属元素等含量的测定，因此也被认为是分析和研究润滑油高温氧衰变的理想手段。
2.2 气相色谱技术的实施
气相色谱技术（CC）是有机化合物鉴定中常用的一种技术手段，能够提供测量组分的结构信息，也可以对反应后生成物质的化学结构进行分析，明确化学反应的机理，气相色谱仪的结构原理如图1所示。
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利用CC技术对石油基基础油中多环芳烃进行测定，能够对我国在基础油多环芳烃检测标准的空白进行了填补，而借助CC技术对-二乙基己基癸二酸酯的氧化衰变过程进行分析，可以明确其中的主要反应是氧化和脱氢，并提出了能够对该物质氧化安定性进行改善的有效措施。有相关研究团队对聚α-烯烃和己二酸二异辛酯两种常见润滑基础油在300℃以内高温环境下的理化性能变化进行了研究，运用CC技术测定了两者在高温氧化衰变后的产物组分，从分子层面，就油品黏度衰变和颜色衰变的原因进行了探讨。
与红外光谱技术的原理不同，CC技术能够依照相应的组分沸点，就物质类型和含量进行了全面鉴定，可以取得比较理想的效果。不过，在对物质的相对含量进行计算时，采用的是面积归一法的手动积分计算，准确度相对较低，同时也无法实现将数据和油品本身的理化性能指标有效联系起来，而利用数学算法结合CC监测数据来对油品的理化性能进行评价虽然在理论上具备较好的可行性，但是并没有得到实践的检验，实际效果不得而知。
2.3 红外光谱技术的实施
红外光谱技术可以在极短的时间内（数分钟），完成润滑油质量相关参数的检测。润滑油的很多组成部分以及污染物质都具备比较明显的红外光谱特征，通过红外光谱技术能够获取丰富的状态信息，帮助我们确定润滑油在使用中是否存在安全隐患，依照特征峰来对润滑油中的添加剂成分进行测定。
红外光谱技术能够实现对油品结构的定性分析，也可以确定油品中添加剂的类型。相关研究表明借助傅立叶变换红外光谱技术（FTIR），对润滑油基础油和添加剂的差异进行了分析。借助聚类分析和主成分分析的方法，对润滑油红外光谱信息进行了提取，创设出了全新的润滑油类型识别途径。
同时，红外光谱技术还具备相应的定量功能，能够帮助我们确定润滑油中的酸碱值、积碳、氧化程度、添加剂含量等关键信息，使得其对于润滑油的质量评估结果更加精准，为润滑油的更换等操作提供参考和借鉴。在对柴油机润滑油进行研究的过程中，可以利用相应的加权灰关联矩阵模型，就傅立叶变换红外光谱法以理化指标等润滑油衰变监测数据实施关联分析，也可以借助红外光谱仪，对正在使用中的柴油机油氧化值、硝化值以及磺化值等进行测定，并且结合相应的数据频数分布直方图，就相关指标进行了计算分析，为柴油机油换油指标的制定和更新提供了新方法。
借助定量红外光谱技术，能够开发出新的油样理化性能指标监测方法，实现对油品理化性能的快速准确测定。通过将红外光谱仪和自动电位滴定仪结合的方式，能够就不同工况下润滑油酸值和氧化深度的关联性进行研究，而相应的研究结果显示，借助红外光谱技术测定得到的氧化度，能够实现对电位滴定法测定的酸值的有效替代。对润滑油FTIR谱图某一处吸光度和油品碱值联系的分析，可以实现对于油品碱值的有效测定。
当然，红外光谱技术在实际应用中，同样存在一定的缺陷，其中最为关键的一点，就是分析结果对于官能团鉴定的依赖性较强，而相同官能团形成的光谱带彼此影响较大。例如，在对润滑油中合成烃组分氧化程度进行确认时，需要测量羰基吸收区，但是油品本身若同时包含合成烃和酯类油，酯基吸收光谱带将会对羰基光谱带形成覆盖，影响监测结果的准确性和全面性。
2.4 其他现代分析技术的实施
结合上述分析，气相色谱技术能够对油品组分进行详细分析，也可以搭配面积归一法，就对应色谱峰的面积进行手动积分，计算出有品种各种化合物的相对含量。但是从实际应用的角度分析，该技术仅仅只能对一定相对分子质量范围内的化合物进行分析，在面对相对分子质量较大的化合物或者金属元素时无能为力。这种情况下，需要利用其它现代分析技术完成相应的检测目标，如快速高分离液相色谱/飞行时间质谱/红外光谱联用仪、核磁共振技术、大气压固体探针技术等。
利用ASAP，可以针对两种不同类型的合成润滑油的结构组分进行表征，也能够分析出聚α-烯烃和双酯类润滑基础油内存在的有机物的相对分子质量类型和范围。在对油品氧化安定性进行研究的过程中，可以将抗氧剂荧光谱作为指标，借助荧光激发发射光谱搭配相应的可见光纤维探针，以润滑油氧化安定性为对象进行监测分析，搭配平行因素分析模型，能够在检测产物构成和油品衰变程度之间建立起有效关联。对一系列热分析技术（红外技术、核磁共振技术、热失重法等），就矿物型润滑油的高温氧化衰变过程进行了表征，其中，红外技术与核磁共振技术可以对润滑油高温氧化后的产物进行检测，热失重法得到的数值曲线能够表达润滑油氧化衰变后的降解温度，压力差示扫描量热法得到的曲线则表明润滑油氧化衰变后，烃类氧化峰值有所降低。
我们可以发现，现代分析技术的类型多种多样，不同技术在实际应用中有着不同的侧重点，利用多样化的手段，能够对油品在发生衰变后的结构组分进行明确，也可以帮助我们准确把握油品本身理化性能的衰变规律。相比较发达国家，我国在多种现代分析技术综合应用方面尚有不足，需要我们的继续努力。
3 结束语
总而言之，在针对润滑油高温氧化性能进行测定的过程中，很多时候采用的都是理化性能试验的方法，但是这些方法在实际应用中存在一定的局限性，得到的试验结果并不能将润滑油的高温氧化性能准确反映出来，做好测定技术和测定方法的创新非常必要。最近几年，以金属磨粒技术、红外光谱技术、气相色谱技术等为代表的现代分析技术开始被应用到润滑油分析中，取得了较为理想的成果，能够将可能存在的氧化衰变机理揭示出来，提升油品质量评价的有效性，同时也能够为高性能润滑油的研发提供相应的理论支撑，对于相关产业的发展有着良好的推动作用。
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简介：苏兰兰，1973.05，汉族，新疆石河子市人，吉林大学，计算机应用软件专业，工学学士，从事化工行业润滑油领域，润滑油产品质量控制、检测工作二十年。