Udostępnij artykuł
Badanie eksploatowanych środków smarnych pod kątem pozostałej zawartości przeciwutleniaczy ma kluczowe znaczenie dla przedłużenia czasu pracy sprzętu kapitałowego, a także zmniejszenia kosztów eksploatacji i wydatków na naprawy. Niemniej jednak często nie jest to częścią programów monitorowania oleju, ponieważ analiza jest zbyt czasochłonna i kosztowna do przeprowadzenia. Woltamperometria to szybka i sprawdzona metoda badania pozostałej zawartości przeciwutleniaczy w przemysłowych smarach. Wykorzystując nowoczesną, woltamperometryczną technikę pomiarową i zaawansowany algorytm oceny, analitycy mogą efektywniej badać próbki, poprawiać powtarzalność wyników i obniżać koszty analiz.
W tym artykule zostaną omówione następujące tematy (kliknij poniżej, aby przejść bezpośrednio do każdej z nich):
- Dlaczego smary zawierają przeciwutleniacze?
- Dlaczego należy określić pozostałą zawartość przeciwutleniaczy?
- Jak określa się przeciwutleniacze za pomocą woltamperometrii?
- Jak powtarzalne jest oznaczanie przeciwutleniaczy za pomocą DPV?
- Jak powtarzalne jest oznaczanie przeciwutleniaczy za pomocą DPV?
- Jakich przyrządów mogę używać do oznaczania przeciwutleniaczy w smarach?
- Skąd wziąć elektrolit do tego zastosowania?
- Streszczenie
Dlaczego smary zawierają przeciwutleniacze?
W zależności od obszaru zastosowania jako smary stosuje się różne oleje bazowe. Dodatki stosowane są w celu wzmocnienia lub osłabienia właściwości oleju bazowego, a nawet stworzenia nowych właściwości.
Jedną z grup dodatków olejowych są przeciwutleniacze. Przeciwutleniacze przedłużają żywotność smaru, zapobiegając utlenianiu oleju bazowego.
Dlaczego należy określić pozostałą zawartość przeciwutleniaczy?
W celu oceny stanu smaru określa się między innymi pozostałą zawartość przeciwutleniaczy w olejach eksploatacyjnych. Służy to określeniu najlepszego możliwego czasu wymiany środka smarnego.
Z jednej strony olej powinien być używany jak najdłużej, aby zaoszczędzić na kosztach i zredukować niepotrzebne odpady. Z drugiej strony olej należy wymienić, zanim złe smarowanie spowoduje jakiekolwiek uszkodzenie sprzętu.
Jak określa się przeciwutleniacze za pomocą woltamperometrii?
Zasada metody polega na tym, że aminy aromatyczne i fenole z podstawnikami (które są stosowane jako podstawowe przeciwutleniacze) są ekstrahowane z próbki do elektrolitu. Następnie oznacza się je bezpośrednio w tym roztworze ekstrakcyjnym. Oznaczanie woltamperometryczne jest możliwe, ponieważ fenole z podstawnikami oraz aminy aromatyczne zawierają grupę funkcyjną, którą można utlenić elektrochemicznie. Te grupy funkcyjne (tj. grupa aminowa i grupa fenolowa) są zaznaczone na czerwono w podstawowych przeciwutleniaczach pokazanych na Rysunku 1.
W celu oznaczenia ilościowego sygnał uzyskany dla oleju będącego w eksploatacji porównuje się z sygnałem świeżego oleju, podając wynik jako % pozostałego przeciwutleniacza. Ponieważ bezwzględne stężenie dodatków w świeżym oleju jest zwykle nieznane, wynik uzyskany dla oleju eksploatacyjnego jest wartością względną, pokazującą zmianę w stosunku do świeżego oleju.
Do woltamperometrycznego pomiaru przeciwutleniaczy można zastosować dwie techniki: woltamperometrię z przemiataniem liniowym (LSV) i różnicową woltamperometrię pulsacyjną (DPV). Klasyczna technika LSV jest opisana w następujących normach: ASTM D6810 [1], ASTM D6971 [2] i ASTM D7590 [3]. Zastosowanie DPV zamiast LSV poprawia kształt pików otrzymanych dla utleniania amin aromatycznych i fenolu z podstawnikami. Rysunek 2 pokazuje krzywe zmierzone przy użyciu zarówno LSV, jak i DPV dla porównania.
Zalety DPV do rutynowej analizy są oczywiste. Szczyty są ostrzejsze, rozdzielczość szczytów jest lepsza, a szczyty są lepiej oddzielone od tła. Co więcej, zaawansowany algorytm oceny zapewnia automatyczną ocenę wartości szczytowych bez konieczności dalszych regulacji przez operatora.
Dzięki temu ocena piku jest bardziej wiarygodna i czuła, a co za tym idzie poprawia się powtarzalność i odtwarzalność wyników.
Jak powtarzalne jest oznaczanie przeciwutleniaczy za pomocą DPV?
Aby zweryfikować działanie metody, można określić standard kontrolny. Standard kontrolny to próbka o znanej zawartości. W przypadku smarów, dla których nie jest znana bezwzględna zawartość przeciwutleniaczy, do kalibracji oraz jako wzorzec kontrolny używana jest ta sama próbka świeżego oleju. Wynik powinien więc wynosić 100%.
Rysunek 3 przedstawia oznaczenie pozostałej zawartości przeciwutleniaczy w normach kontrolnych różnych marek i typów olejów. Każdy punkt danych reprezentuje średnią z dwóch lub trzech powtórzeń oznaczeń z odpowiednim słupkiem błędu.
Dla łatwiejszej oceny wyników na wykresie (zielone linie) przedstawiono również granicę powtarzalności zgodnie z ASTM D6971 dla zawartości 100%. Wyniki między 86,7% a 113,3% nadal mieszczą się w tym limicie. Większość wyświetlanych wyników zawiera się w przedziale od 96% do 104%.
Jak powtarzalne jest oznaczanie przeciwutleniaczy za pomocą DPV?
Powtarzalność odzwierciedla statystyki wyników uzyskanych w identycznych warunkach – czyli to samo laboratorium, sprzęt, I operator. Jednak powtarzalność jest miarą statystyczną porównującą wyniki uzyskane w ramach różniący się warunki. W tym celu ta sama próbka jest analizowana w różnych laboratoriach z różnym wyposażeniem i przy użyciu różnych operatorów.
Rysunek 4 przedstawia wyniki oznaczania zawartości amin aromatycznych w tej samej próbce oleju turbinowego w ośmiu różnych laboratoriach. Dwa z laboratoriów stosowały ręczny system do analizy środków smarnych, podczas gdy pozostałe sześć przeprowadzało oznaczenia na w pełni zautomatyzowanym systemie. W celu oceny tych wyników na wykresie przedstawiono również granice odtwarzalności zgodnie z normą ASTM D6971.
Średnia zawartość aminy aromatycznej (przeciwutleniacza) stwierdzona w tej próbce wynosi 68,8%. Zgodnie z normą ASTM D6971 granica odtwarzalności wynosiłaby 22,6% dla próbki o takim stężeniu. Odchylenie standardowe odtwarzalności stwierdzone w tym porównaniu było znacznie lepsze i wynosiło zaledwie 2,8%.
Jakich przyrządów mogę używać do oznaczania przeciwutleniaczy w smarach?
System woltamperometryczny firmy Metrohm przeznaczony do oznaczania pozostałych przeciwutleniaczy w środkach smarnych to 884 Professional VA. Jest to bardzo elastyczny, modułowy system woltamperometryczny przeznaczony do rutynowych analiz w laboratorium.
Ręczny system składa się z 884 Professional VA, który jest kontrolowany przez oprogramowanie Viva działające na komputerze z systemem Windows. Ponadto viva zajmuje się oceną krzywej i obliczeniem wyniku. Rozszerzając podręcznik 884 Professional VA o zmieniacz próbek, urządzenia dozujące i pompy perystaltyczne, cała procedura analizy, w tym przygotowanie próbki, może zostać zautomatyzowana. Jedyną ręczną czynnością wymaganą w tym przypadku jest umieszczenie próbki na statywie zmieniacza próbek. Rysunek 5 pokazuje tę w pełni zautomatyzowaną konfigurację na stole laboratoryjnym.
Chociaż całkowity czas analizy próbki nie jest krótszy w przypadku korzystania z systemu zautomatyzowanego, automatyzacja pozwala zaoszczędzić prawie 80% czasu analizy, podczas którego operator może zająć się innymi ważnymi zadaniami w laboratorium. Ponadto zautomatyzowany system umożliwia analizowanie próbek poza zwykłymi godzinami pracy, co oznacza, że przyrząd analityczny może być używany wydajniej i można zwiększyć przepustowość próbek.
Skąd wziąć elektrolit do tego zastosowania?
Korzystanie z 884 Professional VA nie wymaga żadnych zastrzeżonych rozwiązań testowych. W porównaniu z dostępnymi na rynku roztworami testowymi, niezbędne elektrolity można przygotować w laboratorium za ułamek kosztów.
Streszczenie
Konfiguracja woltamperometrii Metrohm omówiona w tym artykule poprawia oznaczanie podstawowych przeciwutleniaczy w smarach na kilka sposobów — jednym z nich jest odsunięcie czasochłonnej ręcznej interpretacji pików do przeszłości.
Co najważniejsze, przyrząd VA zapewnia powtarzalne i odtwarzalne wyniki, które przekraczają wymagania ASTM. Dodatkowo system pozwala obniżyć koszty, ponieważ nie wymaga stosowania drogich komercyjnych rozwiązań testowych. Wreszcie, jeśli wymaga tego liczba próbek, 884 Professional VA można w dowolnym momencie rozszerzyć do systemu w pełni automatycznego.
Bibliografia
[1] ASTM International – Podkomitet D02.09.0C. ASTM D6810-21 - Standardowa metoda testowa do pomiaru zawartości przeciwutleniaczy fenolowych z zawadą przestrzenną w niecynkowych olejach turbinowych za pomocą woltamperometrii liniowej. https://doi.org/10.1520/D6810-21 (dostęp 2021-08-13).
[2] ASTM International – Podkomitet D02.09.0C. ASTM D6971-09(2014) - Standardowa metoda testowa do pomiaru zawartości przeciwutleniaczy z aminami fenolowymi i aromatycznymi z zawadą przestrzenną w niecynkowych olejach turbinowych za pomocą woltamperometrii liniowej. https://doi.org/10.1520/D6971-09R14 (dostęp 2019-03-01).
[3] ASTM International – Podkomitet D02.09.0C. ASTM D7590-09 (2014) - Standardowy przewodnik dotyczący pomiaru pozostałej zawartości podstawowych przeciwutleniaczy w pracujących przemysłowych olejach smarowych za pomocą woltamperometrii liniowej. https://doi.org/10.1520/D7590-09R14 (dostęp 2021-03-06).
Twoja wiedza na wynos
Nota: Pozostały okres użytkowania smarów
Broszura: 884 Professional VA – Uniwersalne rozwiązanie systemowe do woltamperometrii i CVS
Udoskonalone monitorowanie przeciwutleniaczy przemysłowych smarów eksploatacyjnych
Woltamperometria to szybka i sprawdzona metoda badania pozostałej zawartości przeciwutleniaczy w przemysłowych smarach. Dzięki zastosowaniu nowoczesnej woltamperometrycznej techniki pomiarowej i zaawansowanego algorytmu oceny ręczna ocena krzywych staje się przestarzała, oszczędzając czas i poprawiając powtarzalność i odtwarzalność wyników. Elastyczna, modułowa koncepcja sprzętowa VA przedstawiona w niniejszej białej księdze umożliwia użytkownikom przeprowadzanie serii próbek całkowicie bez nadzoru. Ten w pełni zautomatyzowany system zajmuje się również przygotowaniem próbki i nie wymaga żadnych zastrzeżonych odczynników.
