Monitorowanie zawartości przeciwutleniaczy w smarach przemysłowych za pomocą woltamperometrii

6 lut 2023

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.

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).