I  概述

注重对发动机和设备进行适当的维护，可在很大程度上降低运营成本、延长使用寿命，进而提升设备性能。而过度维护和维护不足则可能导致发动机或设备的不必要维修或过早报废。新润滑油与在用润滑油的分析对保障重型设备发动机的初期及持续润滑需求至关重要。非计划性维护导致的停产损失与维修成本高。通过监测润滑油添加剂、外来污染物及磨损金属含量，有助于了解设备运行状态和性能并确认需要维修的范围，油中所含元素可以反馈机件磨损的严重程度，这对设备的保养、工作性能的评价至关重要，并可精准判断预防性维护的时机。

下表给出了典型元素及其可能存在的相关磨损。

润滑油中磨损元素的传统检测手段为电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES），参照ASTM D5185 Standard Test Method for Multielement Determination of Used and Unused Lubricating Oils and Base Oils by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (ICP-AES) 电感耦合等离子体发射光谱法测定用过的和未用过的润滑油和基础油中的多元素含量。

通常，ICP-OES具有简单、易用和高基体耐受性的优点。样品引入系统通过连续或脉冲方式将样品引入等离子体，具有线性范围宽、波长可灵活选择和易于操作的优点，使得ICP-OES成为磨损金属元素分析的有效手段。

本应用使用RADOM等离子体发射光谱仪对新润滑油及在用润滑油进行检测。油基标准品与样品仅需用有机溶剂稀释10倍即可进行多元素检测。鉴于多数实验室需每班次处理大量样品，分析速度极为重要。本文采用高通量自动进样系统，其工作流程包括：自动搅拌均质化样品、监控进样过程、快速引入ICP进行检测。实测数据表明，具有优异准确性与稳定性。

II  实验

仪器

RADOM全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）采用模块化设计，即中阶梯分光检测系统模块、等离子体发生器及进样系统模块。其使用陶瓷环取代传统水冷线圈，射频能量利用率更高，由此形成稳定且高性能的等离子体，具有更好的基体耐受性，尤其适合复杂样品的分析。另外摒弃传统复杂的水冷式RF发生器，创新采用极简风冷式，极大降低售后维修成本。同时无需循环水机，安静节能。小巧且紧凑的结构便于运输及迅速部署，支持现场即时检测。

本应用严格遵循ASTM D5185方法，仅需将油品用煤油溶剂稀释后即可直接上机检测。RADOM配置了有机溶剂专用进样系统，包含：一体式炬管、耐高TDS的V型槽雾化器、双通道旋流雾室，无需添加空气或氧气，且基本不会出现炬管积碳现象。

测试条件

RADOM等离子体发射光谱仪具体参数设置详见表1。鉴于润滑油检测实验室通常需每日处理数百个样品，高通量分析能力成为核心需求。同时，油品粘度差异显著，这对实现样品高效进样/清洗的同时保持高通量提出了重大挑战。为达成上述目标，系统集成ESI公司的SampleSense Oil油品进样系统，并实现全自动联动：样品加载至定量环时自动触发ICP分析、分析进行期间同步进行进样针清洗及下一个样品的气体搅拌预处理。主要特性包括：

• 快速气体搅拌：样品提升前通过进样针注入气体实现瞬时混匀

• 真空快速进样：将样品加载至光学监控的定量阀环中

• 强化清洗功能：样品阀加载期间同步用溶剂清洗雾化室

表2给出了目标元素和内标（Co）波长的具体信息。对于添加剂Zn元素，采用两个谱线进行自动交叉校准，以解决浓度范围较宽的问题。

配置ESI的SampleSense Oil油品进样系统可显著提升分析速度。气体注入功能可在样品被吸入阀之前将每个样品与氮气混合，避免一些油样从稀释溶剂中沉降，进而减少对样品提升产生的负面影响。通过优化后，每个样品的分析时间约为32秒。

标样及样品制备

标样、空白样和样品均按照ASTM D5185方法进行制备。标样通过稀释（w/w）标油（VHG, LGC Standards）制得，使用基础油保持油相基质一致，空白样和质控样品制备方式相同。

所有标样和油样均采用PremiSolv^TM（Conostan, AnalytiChem）按重量法稀释，加入30 ppm钴（Co）内标，同时分析了质控样品（Conostan）以考察准确度。表3给出了标样和质控样品的浓度水平。本应用选取了四个在用润滑油样品和一个未使用润滑油进行检测（上图），所有油样均采用上述前处理方式按1:10（w/w）比例进行稀释。

III  结果与讨论

按照前述方法绘制的标准曲线，每分析15个油样执行一次质控核查以确保数据稳定性与准确度。在软件内检查各波长谱峰，以确认是否有光谱干扰并设置积分及背景扣除位置。图1列举了三个谱线的谱峰：

为进一步验证结果的准确度，同时制备了外部质控样品：

• NIST CRM 1085c润滑油磨损金属标准物质

• Conostan S-21+K+Sb标准溶液，500 ppm

这些质控核查的结果（以回收率百分比表示）及检出限LOD（通过10次空白样重复测定获得，计算方法为标准偏差的3倍，已乘稀释倍数），如表4所示：

五组发动机油样的分析结果如图2所示，由于这些油样中添加剂、磨损金属及外来元素的浓度范围差异较大，结果采用对数坐标显示。

Co内标的回收率验证了方法的可靠性，其回收率普遍保持在±10%甚至更优。值得注意的是，新油样品中两条Co谱线的回收率有所降低，这表明（针对不同粘度的）润滑油样品采用内标校正对准确度至关重要。图3为五组油样中内标Co的回收率。

IV  系统稳定性

鉴于众多润滑油检测实验室每天需分析数百个样品，仪器响应的稳定性成为影响高通量检测的关键因素。若油样导致炬管中心管形成积碳，随着检测工作进行将引起信号漂移，甚至可能迫使工作中断。通常需要拆卸炬管进行清洁或更换，并在重新校准系统后才能继续后续样品分析。

图4与图5所示为连续5小时质控样的测试数据。该质控样每15个油样运行一次，在高通量实验室通常采用±10%的质控限进行监控。为便于观察，将待测元素分为两组：图4为高浓度元素，图5为低浓度元素。

在超过5小时的检测过程中，质控样表现出稳定性。经过数周的油样检测及方法优化验证，未在炬管上观察到积碳现象。

V  高通量自进样器

为满足每班次检测数百个油样的需求，使用ESI的SampleSense Oil油品进样系统即可。SampleSense Oil可通过样品针直接向样品/标准品内鼓气，实现自动混匀功能。之后样品被真空加载至定量环中，这种光学监控的进样方式为不同粘度的油样提供了进样时间。在此样品加载的同时，雾化室使用溶剂冲洗以清除上一个样品的残留。

当样品加载完成后，SampleSense Oil系统将自动触发ICP进行数据采集。图6-8展示了这些自动化操作的流程示意图（气体及液体流路分别用不同颜色表示），使用该集成系统执行ASTM D5185标准方法时，油样分析速度可达每32秒完成一个样品。

VI  结论

RADOM等离子体发射光谱仪能够遵循ASTM D5185标准方法检测润滑油，并且与ESI SampleSense Oil油品进样系统联用时，可实现高通量检测，且具有出色的长期稳定性，在整个润滑油连续检测的16小时后炬管未发现积碳现象（右图）。  

• 全谱直读ICP发射光谱仪

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