Мониторинг содержания антиоксидантов в промышленных смазочных материалах с помощью вольтамперометрии

6 февр. 2023 г.

Статья

Анализ смазочных материалов в процессе эксплуатации на предмет оставшегося содержания антиоксидантов важен для продления срока службы основного оборудования, а также для снижения эксплуатационных расходов и затрат на ремонт. Но он часто не является частью программ мониторинга нефти и его проведение требует слишком много времени и средств. Вольтамперометрия — это быстрый и общепризнанный метод определения остаточного содержания антиоксидантов в промышленных смазочных материалах. Используя современный вольтамперометрический метод измерения и усовершенствованный алгоритм оценки, аналитики могут более эффективно тестировать образцы, повышать воспроизводимость результатов и сокращать затраты на анализ.

В этой статье будут рассмотрены следующие темы (нажмите ниже, чтобы перейти сразу к разделу):

Почему смазочные материалы содержат антиоксиданты?
Зачем определять оставшееся содержание антиоксидантов?
Как определяют антиоксиданты методом вольтамперометрии?
Насколько воспроизводимы анализы антиоксидантов с помощью DPV?
Какие приборы можно использовать для определения антиоксидантов в смазочных материалах?
Где я могу получить электролит?
Заключение

Additives are used to enhance or suppress the base oil properties or to even create new properties.

Почему смазочные материалы содержат антиоксиданты?

В качестве смазочных материалов используются различные базовые масла в зависимости от области их применения. Присадки используются для улучшения или подавления свойств базового масла или для создания новых.

Одну группу присадок к маслам составляют антиоксиданты. Они продлевают срок службы смазки, предотвращая окисление базового масла.

Зачем определять оставшееся содержание антиоксидантов?

Помимо других параметров, для оценки состояния смазочного материала определяется оставшееся содержание антиоксидантов в маслах. Это нужно для определения точного времени для замены смазочного материала.

С одной стороны, масло следует использовать как можно дольше для сокращения расходов и лишних отходов. А с другой, масло нужно заменить до того, как плохая смазка нанесет какой-либо ущерб вашему оборудованию.

Как определяют антиоксиданты методом вольтамперометрии?

Принцип метода заключается в том, что ароматические амины и экранированные фенолы (используемые в качестве первичных антиоксидантов) из образца смазочного материала экстрагируются электролитом. Затем их измеряют прямо в этом экстракционном растворе. Вольтамперометрическое определение возможно, поскольку фенолы и ароматические амины содержат функциональную группу, которая может быть электрохимически окислена. Эти функциональные группы (т. е. аминогруппа и фенольная группа) отмечены красным цветом в первичных антиоксидантах, показанных на Рисунке 1.

Насколько повторяемы определения антиоксидантов с помощью DPV?

Для проверки эффективности метода может быть определен контрольный стандарт. Эталон представляет собой образец с известным содержанием. В случае смазочных материалов, абсолютное содержание антиоксидантов в которых неизвестно, для калибровки и в качестве контрольного стандарта используется одна и та же проба свежего масла. Таким образом, результат должен быть 100%.

На Рисунке 3 показано определение остаточного содержания антиоксидантов в контрольных стандартах для различных марок и типов масел. Каждая точка данных представляет собой среднее значение повторных или трехкратных определений с соответствующей полосой погрешности.

Для облегчения оценки результатов на графике также отображается предел повторяемости по ASTM D6971 для содержания 100% (зеленые линии). Результаты между 86,7% и 113,3% все еще будут внутри диапазона. Большинство отображаемых результатов находятся в диапазоне от 96% до 104%.

Насколько воспроизводимо определение антиоксидантов с помощью DPV?

Повторяемость отражает статистику результатов, полученных в идентичных условиях, то есть в одной и той же лаборатории, на одном оборудовании и у одного оператора. Однако воспроизводимость является статистической мерой сравнения результатов, полученных в различных условиях. Для этого один и тот же образец анализируют в разных лабораториях на разном оборудовании и с использованием разных операторов.

На Рисунке 4 показаны результаты определения содержания ароматических аминов в одной и той же пробе турбинного масла в восьми разных лабораториях. В двух лабораториях для анализа смазочных материалов использовалась ручная система, а в остальных шести – полностью автоматизированная система. Для оценки этих результатов на графике также показаны пределы воспроизводимости согласно ASTM D6971.

Среднее содержание ароматического амина (антиоксиданта), обнаруженное в этом образце, составляет 68,8%. Согласно ASTM D6971 предел воспроизводимости для образца с такой концентрацией составляет 22,6 %. Стандартное отклонение воспроизводимости, обнаруженное в этом сравнении, было намного лучше и составило всего 2,8%.

Какие приборы можно использовать для определения антиоксидантов в смазочных материалах?

Вольтамперометрическая система Metrohm, предназначенная для определения остаточных антиоксидантов в смазочных материалах, представляет собой 884 Professional VA. Это очень гибкая модульная система вольтамперометрии, предназначенная для рутинного анализа в лаборатории.

Система с ручным управлением состоит из 884 Professional VA, которым управляет программное обеспечение viva, работающее на ПК с ОС Windows. Кроме того, viva позаботится об оценке кривой и расчете результатов. Дополнив ручной 884 Professional VA устройством смены образцов, дозирующими устройствами и перистальтическими насосами, можно автоматизировать всю процедуру анализа, включая подготовку образца. В этом случае требуется только один ручной шаг — поместить образец на штатив устройства смены образцов. На Рисунке 5 показана полностью автоматизированная установка на лабораторном столе.

Хотя общее время анализа одного образца не сокращается при использовании автоматизированной системы, автоматизация позволяет сэкономить почти 80% времени анализа, в течение которого оператор может заниматься другими важными задачами в лаборатории. Кроме того, автоматизированная система также позволяет анализировать образцы в нерабочее время, что означает более эффективное использование аналитического прибора и увеличение пропускной способности образцов.

Где я могу получить электролит?

Использование 884 Professional VA не требует каких-либо собственных тестовых решений. По сравнению с имеющимися в продаже растворами необходимые электролиты можно приготовить в лаборатории.

Заключение

Вольтамперометрическая установка Metrohm, обсуждаемая в этой статье, улучшает определение первичных антиоксидантов в смазочных материалах несколькими способами, один из которых позволяет оставить в прошлом трудоемкую ручную интерпретацию пиков.

Самое главное, вольтамперметр VA дает повторяемые и воспроизводимые результаты, превосходящие требования ASTM. Система позволяет сократить расходы, поскольку не требует использования дорогостоящих коммерческих тестовых решений. Наконец, если количество образцов большое, 884 Professional VA может быть расширена до полностью автоматической системы в любое время.

References

[1] ASTM International - Subcommittee D02.09.0C. ASTM D6810-21 - Standard Test Method for Measurement of Hindered Phenolic Antioxidant Content in Non-Zinc Turbine Oils by Linear Sweep Voltammetry. https://doi.org/10.1520/D6810-21 (accessed 2021-08-13).

[2] ASTM International - Subcommittee D02.09.0C. ASTM D6971-09(2014) - Standard Test Method for Measurement of Hindered Phenolic and Aromatic Amine Antioxidant Content in Non-zinc Turbine Oils by Linear Sweep Voltammetry. https://doi.org/10.1520/D6971-09R14 (accessed 2019-03-01).

[3] ASTM International - Subcommittee D02.09.0C. ASTM D7590-09(2014) - Standard Guide for Measurement of Remaining Primary Antioxidant Content In In-Service Industrial Lubricating Oils by Linear Sweep Voltammetry. https://doi.org/10.1520/D7590-09R14 (accessed 2021-03-06).