波長色散X熒光光譜法測定潤滑油中15種元素

汪鶴鳴

(紫金礦業(yè)集團股份有限公司, 福建 上杭 364200)

為減少機械設(shè)備中相對運動表面間的摩擦與磨損,通常在運動表面添加潤滑油起到潤滑作用。由于設(shè)備在運行過程中磨損的金屬微粒進入潤滑系統(tǒng)，金屬微粒攜帶著機器運轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量信息,因此，對潤滑油中金屬微粒成分的監(jiān)測和研究可以為設(shè)備故障預(yù)警和診斷提供依據(jù)[1]。

目前，潤滑油中添加劑和磨損造成的污染元素常用的檢測方法主要集中在原子吸收光譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法、紫外可見分光光度法等，這些方法大多需灰化消解等前處理過程，用到大量的酸和灰化助劑,從而易引入雜質(zhì)元素,且易揮發(fā)元素容易損失，檢測周期較長[2-4]。本文通過使用X熒光光譜儀，建立了測定潤滑油中鐵、銅、錫、鋁、硅、鉬、錳、鋅、磷、鈣、鎳、鉻、鈉、鎂、鉛等15種元素的分析方法，該方法檢測樣品不需要前處理,是一種快速、高效、準(zhǔn)確度高的方法。

1 試驗部分

1.1 儀器及材料

PANalytical PW 4400型X射線熒光光譜儀，oil-trace分析軟件，氦氣光路介質(zhì)，3.6 μm 及6 μm 邁拉膜(Mylar)，多元素國際油標(biāo)及基體校正油樣，液體樣品杯。

1.2 邁拉膜(Mylar)的選擇

通過多次試驗發(fā)現(xiàn)，制作液體樣品杯時用的邁拉膜(Mylar)厚度對樣品分析結(jié)果影響明顯。具體數(shù)據(jù)見圖1。

根據(jù)X熒光光譜儀工作的機理，X射線對輕元素激發(fā)效率相對較差，分析的條件也較苛刻，由于購進X熒光光譜儀時配備的6 μm的邁拉膜較厚，降低了鈉、鎂等輕元素分析的靈敏度，因此，本文采用3.6 μm 的邁拉膜制作樣品杯進行液體樣品檢測。

1.3 樣品制備

由于每個元素對液體樣品的測量厚度要求不一樣，因此所用液體體積盡可能達到無限厚，體積應(yīng)保持恒定[5]。通過試驗，確定了樣品杯中加入12 g樣品能滿足分析要求。用3.6 μm邁拉膜和直徑35 mm進口無底組合塑料杯組裝成樣杯后，將杯置于電子天平上，清零后稱取經(jīng)激烈搖動后的12 g油樣，排去氣泡，蓋好杯蓋，觀察底部邁拉膜無皺褶、氣泡等異樣后，立即置液體杯中待測，不宜久置。

1.4 測量條件的選擇

應(yīng)用oil-trace分析方法模板推薦的測量條件，見圖2方法建模條件截圖。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)樣品的選擇

選用空白標(biāo)油(0 ppm)，10 ppm，30 ppm，50 ppm，100 ppm，300 ppm，500 ppm，900 ppm，3 000 ppm和6個基體校正樣。

1.6 校準(zhǔn)曲線繪制

本方法選用9個國際標(biāo)油和6個基體校正樣，

圖1 使用3.6 μm與6 μm邁拉膜的試驗數(shù)據(jù)對比截圖

圖2 方法建模條件截圖

采用oil-trace分析軟件設(shè)定的基體校正模式，根據(jù)共存元素譜線重疊特性進行相關(guān)元素譜線重疊校正，獲得較好的線性，相關(guān)系數(shù)r均達到0.999以上。

以金屬Al為例，所建立的元素工作曲線截圖見圖3。

圖3 潤滑油中鋁元素工作曲線截圖

2 結(jié)果與討論

2.1 樣杯制作材料與測定結(jié)果關(guān)系

試驗在同等分析測量條件下，采用6 μm邁拉膜制作成的樣杯、測定樣品時降低了方法的靈敏度，尤其對鈉，鎂，鋁，硅，磷等輕元素影響嚴(yán)重，其中鈉、鎂兩種元素的準(zhǔn)確度，精密度和檢出限均達不到技術(shù)規(guī)范要求。用3.6 μm邁拉膜制作成的樣杯能滿足技術(shù)規(guī)范要求，獲得較好的質(zhì)量參數(shù)。但樣杯不能多次重復(fù)測量(重復(fù)測量不要超過5次)，否則樣杯裂漏，油樣滲漏滴入真空分析腔內(nèi)，污染和損壞測量元件

2.2 樣杯制作過程控制與樣品制作過程控制

液態(tài)樣杯制作與待測樣品制作過程控制是本方法質(zhì)量控制的關(guān)鍵點。由于制作樣杯時邁拉膜易粘在手上，容易造成鈉元素的污染，稱樣時和放置樣品時邁拉膜貼近的平面也容易污染邁拉膜，所以在制作樣品時，手不要接觸邁拉膜的平面。油樣在稱取之前要搖勻，稱取后排去氣泡，觀察邁拉膜無皺褶或凸出滲漏立即測試，不宜久置。

2.3 方法的精密度和準(zhǔn)確度

分別對三個較低的標(biāo)樣10 ppm、50 ppm、100 ppm進行12次測量，計算準(zhǔn)確度和精密度均符合技術(shù)規(guī)范要求。詳見表1～3。

2.4 檢出限

本文采用校準(zhǔn)曲線法計算各元素的檢出限。計算見下式。

式中：a——校準(zhǔn)曲線斜率；

b——校準(zhǔn)曲線截距；

T——譜峰和背景總測量時間；

1 000——計數(shù)率因數(shù)。

用此法計算檢出限的優(yōu)點是避免了由于凈強度差減不準(zhǔn)確而導(dǎo)致單位含量計數(shù)率(m)的失真現(xiàn)象。經(jīng)計算，各元素的檢出限見表4。

3 結(jié)論

本試驗研究，選擇了3.6 μm邁拉膜制成的樣杯，在氦氣光路介質(zhì)中，使用PW 4400型X熒光光譜儀4.0L版本自帶oil-trace分析軟件進行基體校正，繪制校準(zhǔn)曲線進行檢測，建立了潤滑油樣品中15種元素同時測定的分析方法，較好的解決了鈉鎂兩種輕元素檢測的準(zhǔn)確度和精密度問題，各元素的準(zhǔn)確度和精密度都在8%之內(nèi)，并擁有較低的檢出限，各元素的檢出限在0.32～4.93 μg/mL之間，作為潤滑油中添加劑和磨損金屬檢測方法，該方法操作簡便、快速、準(zhǔn)確。有助于定性地指導(dǎo)潤滑油分析，進行設(shè)備運行磨損狀態(tài)的監(jiān)測和預(yù)警。

表1 10 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)油的準(zhǔn)確度和精密度

表2 50 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)油的準(zhǔn)確度和精密度

表3 100 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)油的準(zhǔn)確度和精密度

表4 各元素的檢出限表 μg/mL