ICP-OES有機進樣分析潤滑油中微量金屬元素的含量

鄒云 ZOU Yun；陳武 CHEN Wu；張占恩 ZHANG Zhan-en

（①蘇州科技學院，蘇州215009；②蘇州工業園區環境監察大隊（蘇州工業園區環境監測中心站），蘇州215027；③蘇州工業園區唯亭街道環保中隊，蘇州215027）

0 引言

潤滑油中的金屬元素主要由添加元素、磨損金屬和污染物組成。通過測定添加元素在使用前后的濃度變化，來判斷此潤滑油是否適用于發動機；通過測定磨損金屬和污染物的濃度，來判斷發動機的磨損情況及潤滑油的是否仍可使用。

目前油品分析多采用干灰化法或微波消解的方法，操作步驟較為復雜，不適用于大批量潤滑油樣品檢測的實驗室[1]。潤滑油有機直接進樣前期也有相關報道，但采用的是對人體有很大危害的二甲苯稀釋進樣[2]，本文采用航煤直接稀釋結合全譜直讀ICP-OES快速測試的特點，無需復雜樣品前處理同時測定21種元素的方法，從而達到高效監測發動機運行情況及潤滑油使用的目的[2]。

此方法適用于測定使用過的潤滑油中添加元素、磨損金屬和污染物，以及基礎油或再生油中各種金屬元素含量。此方法測定油溶性金屬，而不意味著可定量測定或檢出不溶性的金屬離子。該方法同樣適用于未使用過潤滑油中金屬元素。再以同樣的方式制備標準溶液。為了補償各種試樣因導入效應引起的誤差，選擇釔元素作為內標加入試樣溶液中，用蠕動泵將試樣溶液導入ICP儀器裝置進行測量。

1 儀器和試劑

1.1 儀器 美國安捷倫科技725垂直觀察型電感耦合等離子體發射光譜儀；有機加氧AGM附件；梅特勒千分之一電子天平。

1.2 試劑 有機金屬標準溶液ConostanS-21 900mg/kg（含Ag,Al,B,Ba,Ca,Cd,Cr,Cu,Fe,Mg,Mn,Mo,Na,Ni,P,Pb,Si,Sn,Ti,V,Zn元素）；

有機釔金屬標準單標Conostan oil-based 5000mg/kg Y；

基礎油：Conostan 75#blank oil；

稀釋劑：航空煤油。

1.3 標準溶液的配置 準確稱取（精確到0.0001g）有機標準試劑于塑料瓶中，按照質量比10%的比例用內標液稀釋，不足部分用基礎油補加，最終配制成濃度1.0，5.0，10.0，20.0，50.0mg/kg 的標準溶液。

內標液：Y的標準試劑用航煤以稱重方式稀釋到10mg/kg。

1.4 樣品的制備 準確稱取潤滑油樣品（精確到0.0001g）于塑料瓶中，按照質量比10%的比例用內標液稀釋，不足部分用基礎油補加。為了使所取樣品具有代表性，必須對樣品加以均勻化。對于重油和使用過的潤滑油放置于60℃烘箱半小時后充分搖勻取樣。

1.5 儀器的工作條件 為獲得最佳的靈敏度，對觀測高度以及蠕動泵泵速，AGM加氧附件流量以及氬氣氣體流量進行優化，ICP儀器操作條件詳見表1。

表1 儀器工作條件

2 結果和討論

2.1 譜線的選擇和檢出限

通過譜線掃描選擇最佳分析波長，用樣品空白重復測定10次，以其標準偏差的3倍作為檢出限。詳見表2。

表2 元素最佳波長及檢出限

2.2 樣品測試

樣品為博世發動機經過不同距離的潤滑油。

1#Bosch樣品使用100km后

2#Bosch樣品使用10800km后

3#Bosch樣品使用18000km后

4#Bosch樣品使用342000km后

5#Bosch樣品使用37200km后

6#Bosch樣品使用40200km后

7#Bosch樣品1#中加標回收

穩定性數據為7#加標樣連續測試6次后所得相對標準偏差。樣品測試結果以及回收率等詳見表3（Ca，P，Zn因樣品中濃度較高，故沒有計算回收率）。

2.3 元素含量與里程的相關性

潤滑油中Ca，P，Zn一般作為潤滑油中的添加金屬元素，而Fe，Al，Si等作為磨損金屬，通常廠家通過監控潤滑油中添加金屬和磨損金屬的變化趨勢來指導潤滑油的添加和更換[3]。

圖1為根據1~6號樣品Fe,Al,Si元素含量與里程數的趨勢圖。由圖1可以看出，潤滑油在運行過程中，機械磨損帶來Fe，Al污染，大氣灰塵帶來Si污染，隨著運行的時間的延長，這些元素在潤滑油中的含量越來越高，通過監測磨損金屬變化進行相關作業指導是行之有效的。

圖1 磨損金屬變化趨勢圖

表3 樣品測試結果和穩定性、回收率

3 結論

與傳統的無機消解樣品方法相比，采用航煤直接稀釋ICP-OES有機進樣具有分析速度的絕對優勢，而且又避免了無機消解過程中的污染以及元素損失等問題。對于測定潤滑油中的添加、污染、磨損金屬元素含量是可行的。但是筆者發現有機直接測定適用于油溶性金屬，而不能測定或檢出非油溶性的金屬顆粒，其分析結果取決于顆粒的大小，當金屬顆粒大于幾個微米時，分析結果往往偏低。如果潤滑油品中有明顯的顆粒沉淀物，則應采用合適的過濾手段加于處理，否則會出現堵塞霧化器問題，更無法保證分析結果的準確性。

[1]鄭存江，孫朝陽，包成林.電感耦合等離子體質譜法測定使用過的潤滑油中金屬元素含量[J].理化檢測（化學分冊），2013，07：863-866.

[2]孫寶湖.ICP/AES直接進樣法測定潤滑油中添加劑元素、磨損和污染金屬含量[J].現代科學儀器,1999,06:21-23.

[3]時文中,王文豪.ICP-AES有機進樣測定潤滑油中的微量元素[J].河南科學,2004,06：342-344.