一、元素分析

  元素分析仍然是油液分析的首要技術(shù)。其以定量方式探測(cè)污染、添加劑和定位機(jī)械磨損的能力是任何其他類型的分析無(wú)法匹敵的。

 元素光譜學(xué)是油液分析程序的主干，因而其廣泛應(yīng)用于閉環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)的油液分析中，諸如燃?xì)鉁u輪機(jī)、柴油和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、齒輪箱、壓縮機(jī)和液壓系統(tǒng)中。在實(shí)踐中，要進(jìn)行分析需要從系統(tǒng)中周期性地取出油樣品并進(jìn)行分析。與先前常規(guī)分析相比，所得到的數(shù)據(jù)不僅可以指示機(jī)械系統(tǒng)的正常磨損狀態(tài)，還可以在故障發(fā)生的早期階段發(fā)出預(yù)警。基于這些預(yù)警信息，維護(hù)人員可以在設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞之前采取措施予以糾正。

  光譜油液分析關(guān)于磨損狀態(tài)的評(píng)估結(jié)論是通過(guò)檢測(cè)潤(rùn)滑系統(tǒng)中相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件之間產(chǎn)生的金屬細(xì)顆粒而實(shí)現(xiàn)的。光譜分析除了能夠分析污染物，還能通過(guò)分析油液添加劑元素濃度來(lái)識(shí)別油液污染與降解惡化的程度。多元素分析，配合以對(duì)制造內(nèi)燃機(jī)所用材料屬性的理解，可以用來(lái)識(shí)別設(shè)備上特定組件的失效故障。

二、光譜學(xué)原理

  常見的元素分析技術(shù)有旋轉(zhuǎn)圓盤電極（RDE）和基于電感耦合等離子體（ICP）的原子發(fā)射光譜（OES）系統(tǒng)。RDE和ICP描述了油液中的元素氣化的方式。在元素氣化時(shí)，存在的元素以其特征波長(zhǎng)發(fā)射光，其由 ES系統(tǒng)檢測(cè)并定量為ppm水平。

   光譜分析是基于每個(gè)元素具有*的原子結(jié)構(gòu)的事實(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)樣本吸收激勵(lì)能量時(shí)，每個(gè)元素會(huì)發(fā)射出特定波長(zhǎng)或顏色的光。如果通過(guò)使用諸如棱鏡的分光元件來(lái)分散該光，就能產(chǎn)生線狀光譜。由于自然界沒(méi)有兩個(gè)元素具有相同的譜線圖案，我們可以通過(guò)分析譜線來(lái)識(shí)別樣品中包含的每個(gè)元素種類。另外，發(fā)射光的強(qiáng)度與樣品中存在的元素的量成比例，因而也可以據(jù)此確定該元素的濃度。

  這些譜線對(duì)應(yīng)單個(gè)元素的原子結(jié)構(gòu)是唯yi的。對(duì)于氫原子，原子序數(shù)為1，光譜相當(dāng)簡(jiǎn)單（圖1）。而，原子序數(shù)為26的鐵的光譜更為復(fù)雜，在光譜中出現(xiàn)了許多譜線，分別對(duì)應(yīng)于多次發(fā)生的電子躍遷（圖2）。如果樣品中存在多于一種元素，則對(duì)于每個(gè)元素將出現(xiàn)明顯不同波長(zhǎng)的光譜線。這些線必須被合理地分開以便對(duì)樣品中存在的元素進(jìn)行識(shí)別和量化。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要光學(xué)系統(tǒng)。

三、旋轉(zhuǎn)圓盤電極技術(shù)

  用來(lái)觀測(cè)被加熱或“激發(fā)”樣品的多個(gè)譜線的光譜儀稱為光電直讀光譜儀。這類光譜儀都由三個(gè)主要部分組成。

 1、激發(fā)源——向樣品發(fā)射能量。

 2.、光學(xué)系統(tǒng)——將被激發(fā)產(chǎn)生的射線分離并分解成其具體組分的波長(zhǎng) 。

 3、讀出系統(tǒng)——由光學(xué)系統(tǒng)檢測(cè)和測(cè)量分離。

  為特定組分波長(zhǎng)的光，并以易讀的方式將該信息提供給操作者。

  現(xiàn)代光譜儀的激發(fā)源使用的一種典型方法是放電。在電弧或火花中產(chǎn)生的能量作為激發(fā)源傳遞給樣品。對(duì)于油液分析光譜儀，在充滿油液樣本的盤狀電極和桿狀電極間的間隙中會(huì)產(chǎn)生*的電勢(shì)。由電容器存儲(chǔ)的電荷通過(guò)該間隙放電，產(chǎn)生高溫電弧，使一部分樣品汽化，形成等離子體。等離子體是一種會(huì)發(fā)射強(qiáng)光的高溫、高度電離化氣體。所發(fā)出的強(qiáng)光中包含了樣本中所有元素所*的射線。經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)，這些射線會(huì)被分離為不同的波長(zhǎng)，然后被收集記錄下來(lái)。測(cè)試溫度可高達(dá)5000至6000℃，甚至難以激發(fā)元素都發(fā)射出足以被檢測(cè)到的光。

  在光譜油液分析的早期，油液是在旋轉(zhuǎn)碳盤電極和碳棒電極之間被點(diǎn)燃或“燃燒”的。將樣品放置在樣品蓋中，將圓盤部分浸入油樣品中，圓盤隨著燃燒過(guò)程而不斷旋轉(zhuǎn)（圖3）。這一分析需要使用約2ml或3ml樣品，具體用量取決于所使用的樣品蓋容積。

  每個(gè)樣品需要一個(gè)新的圓盤和一個(gè)新磨尖的棒，以避免樣品夾帶對(duì)分析結(jié)果引起干擾。

  這種方法稱為旋轉(zhuǎn)圓盤電極（RDE）光發(fā)射光譜（OES），或二者的組合，RDE-OES。或者其被稱為RDE-AES，其代表旋轉(zhuǎn)圓盤電極原子發(fā)射光譜法。在光學(xué)系統(tǒng)中，來(lái)自等離子體的光在光譜儀中被分離成的離散波長(zhǎng)。用于分離離散波長(zhǎng)的光學(xué)裝置稱為衍射光柵。衍射光柵的表面上具有非常細(xì)的線的凹面鏡，其使入射的多色光被分離成特定波長(zhǎng)并聚焦在光檢測(cè)器陣列上。

  下圖顯示出了基于Rowland Circle概念的使用多色儀光學(xué)器件的油液分析光譜儀的主要部件。來(lái)自激發(fā)過(guò)程的光或“燃燒”離開光纖電纜并通過(guò)入口狹縫，在那里其通過(guò)透鏡集中在衍射光柵上。由油樣中存在的所有元素構(gòu)成的光通過(guò)入射狹縫，并且由光柵衍射之后在聚焦曲線處形成具有特定形狀的光譜線。光柵的目的是將該光分離或“衍射”成其分量波長(zhǎng)。以便通過(guò)光電倍增管（PMT）或電荷耦合器件（CCD）對(duì)光譜線進(jìn)行拍照或電子量化。

  光譜儀的讀取系統(tǒng)通常選用工業(yè)級(jí)處理器和軟件進(jìn)行控制。時(shí)鐘電路和放大器周期性地讀取光電倍增管或CCD芯片上的電荷，并將其從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字（ADC）信號(hào)以測(cè)量像素上的光。累積在像素上的電荷被轉(zhuǎn)換為定義為“強(qiáng)度”單位的數(shù)值。在分析結(jié)束時(shí)，將每個(gè)元素的總強(qiáng)度與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的校準(zhǔn)曲線進(jìn)行比較，終轉(zhuǎn)換為樣品中存在元素的濃度信息。濃度通常用百萬(wàn)分之幾（ppm）表示。該信息可以顯示在屏幕上，也可以打印出來(lái)。一旦分析完成并記錄結(jié)果，系統(tǒng)就可以進(jìn)行下一次分析。分析結(jié)果可以保留在屏幕上，存儲(chǔ)在硬盤上或發(fā)送到外部計(jì)算機(jī)。