Qualitätskontrolle von Schmierstoffen

Bei der Schmierstoffanalyse erfordern die Bestimmung der Säurezahl (ASTM D664), der Viskosität (ASTM D445), des Feuchtigkeitsgehalts (ASTM D6304) und der Farbzahl (ASTM D1500) den Einsatz mehrerer Analysetechniken und zum Teil große Mengen an Chemikalien. Die Zeit bis zum Ergebnis kann daher ein recht langer und kostspieliger Prozess sein.

Dieser Anwendungsbericht zeigt, dass der XDS RapidLiquid Analyzer, der im sichtbaren und nahen Infrarot-Spektralbereich (Vis-NIR) arbeitet, eine schnelle und kostengünstige Alternative für die Bestimmung von AN, Viskosität, Feuchtigkeitsgehalt und Farbzahl von Schmierstoffen darstellt. Ohne Probenvorbereitung oder Chemikalien ermöglicht die Vis-NIR-Spektroskopie eine Multiparameteranalyse von Schmierstoffen in weniger als einer Minute.

Abbildung 1. XDS RapidLiquid Analyzer und Schmierstoffproben.

Schmierstoffproben wurden mit einem XDS RapidLiquid Analyzer im Transmissionsmodus über den gesamten Wellenlängenbereich (400-2500 nm) gemessen (Abbildung 1). Eine reproduzierbare Spektrenerfassung wurde durch die integrierte Temperaturkontrolle des Geräts (bei 40 °C) erreicht. Der Einfachheit halber wurden Einweggefäße mit einer Schichtdicke von 8 mm verwendet, was die Reinigung der Probengefäße überflüssig machte. Das Metrohm-Softwarepaket Vision Air Complete wurde für die gesamte Datenerfassung und die Entwicklung von Vorhersagemodellen verwendet.

**Tabelle 1.** Übersicht über die Hardware- und Softwareausstattung
Ausrüstung	Metrohm-Nummer
XDS RapidLiquid-Analysator	2.921.1410
Einwegfläschchen, 8 mm Durchmesser, Transmission	6.7402.000
Vision Air Complete	6.6072.208

Die erhaltenen Vis-NIR-Spektren (Abbildung 2) wurden zur Erstellung von Prognosemodellen für die Quantifizierung der Säurezahl, der Viskosität, des Feuchtigkeitsgehalts und der Farbzahl in Schmierstoffen verwendet. Korrelationsdiagramme, die die Beziehung zwischen der Vis-NIR-Vorhersage und den Werten der Primärmethode darstellen, werden zur Bestimmung der Qualität der Vorhersagemodelle verwendet. Die jeweiligen Leistungszahlen (FOM) zeigen die erwartete Genauigkeit einer Vorhersage bei Routineanalysen.

Abbildung 2. Auswahl von Schmieröl Vis-NIR-Spektren, die mit einem XDS RapidLiquid Analyzer und 8-mm-Einwegfläschchen aufgenommen wurden. Aus Darstellungsgründen wurde ein Spektren-Offset angewendet.

Ergebnis Säurezahl

Abbildung 3. Korrelationsdiagramm für die Vorhersage der Säurezahl (AN) in Schmierstoffen unter Verwendung eines XDS RapidLiquid Analyzers. Der AN-Laborwert wurde durch Titration ermittelt.

**Tabelle 2.** Leistungskennzahlen für die Vorhersage der Säurezahl in Schmierstoffen unter Verwendung eines XDS RapidLiquid Analyzers.
Leistungsmerkmale	Wert
R²	0.898
Standardfehler der Kalibrierung	0,422 mg KOH/g
Standardfehler der Kreuzvalidierung	0,439 mg KOH/g

Ergebnis Viskosität

Abbildung 4. Korrelationsdiagramm für die Vorhersage der Viskosität von Schmierstoffen mit einem XDS RapidLiquid Analyzer. Der Viskositätslaborwert wurde mittels Viskosimetrie ausgewertet.

**Tabelle 3.** Leistungskennzahlen für die Vorhersage der Viskosität von Schmierstoffen unter Verwendung eines XDS RapidLiquid Analyzers.
Leistungsmerkmale	Wert
R²	0.987
Standardfehler der Kalibrierung	1,77 cSt
Standardfehler der Kreuzvalidierung	1,84 cSt

Ergebnis Feuchtigkeitsgehalt

Abbildung 5. Korrelationsdiagramm für die Vorhersage des Feuchtigkeitsgehalts in Schmierstoffen mit einem XDS RapidLiquid Analyzer. Der Laborwert des Feuchtigkeitsgehalts wurde mithilfe der Karl-Fischer-Titration (KF) ermittelt.

**Tabelle 4.** Leistungskennzahlen für die Vorhersage des Feuchtigkeitsgehalts in Schmierstoffen unter Verwendung eines XDS RapidLiquid Analyzers.
Leistungsmerkmale	Wert
R²	0.907
Standardfehler der Kalibrierung	0.0059%
Standardfehler der Kreuzvalidierung	0.0062%

Ergebnisfarbnummer

Abbildung 6. Korrelationsdiagramm für die Vorhersage der Farbzahl in Schmierstoffen unter Verwendung eines XDS RapidLiquid Analyzers. Der Laborwert der Hydroxylzahl wurde mit Hilfe der Photometrie ermittelt.

**Tabelle 5.** Leistungskennzahlen für die Vorhersage der Farbzahl in Schmierstoffen unter Verwendung eines XDS RapidLiquid Analyzers.
Leistungsmerkmale	Wert
R²	0.700
Standardfehler der Kalibrierung	0.841
Standardfehler der Kreuzvalidierung	0.916

Die folgende Application Note demonstriert die Machbarkeit der NIR-Spektroskopie für die Analyse wichtiger Qualitätsparameter in Schmierstoffen. Im Vergleich zu nasschemischen Methoden (Tabelle 6) ist die Zeit bis zum Ergebnis ein großer Vorteil der NIR-Spektroskopie, da alle Parameter in einer einzigen Messung in weniger als einer Minute bestimmt werden.

**Tabelle 6.** Übersicht über die Zeit bis zum Ergebnis für die verschiedenen Qualitätskontrollparameter.
Parameter	Methode	Zeit bis zum Ergebnis
Säurezahl	Titration	∼5 Min
Viskosität	Viskosimetrie	∼4 Min
Feuchtigkeitsgehalt	KF-Titration	∼5 Min
Farbzahl	UV-Vis-Photometer	∼1 Minute

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