在用润滑油闪点的近红外光谱快速测定方法研究

  在用润滑油闪点的高低取决于润滑油质量的大或小,或润滑油中是否混入轻质组分和轻质组分的含量多少。轻质润滑油或含轻质组分多的润滑油,其闪点就较低,反之亦然[1-2]。如果在用润滑油的闪点突然降低,就可能发生轻质油料的混入事故。因此,可以利用在用润滑油闪点的测定来准确、迅速判断燃油是否串入润滑油,为修理发动机提供依据。多个领域用润滑油的国标换油指标都规定闪点为其中一项重要指标[3-5]。由于闪点常规的标准分析方法GB/T267-1988《石油产品闪点与燃点测定法(开口杯法)》一次需要约150mL的样品,而通常在用润滑油是从设备上直接取样,势必取样量较少,存在一定的局限性。并且实验温度将近400,高温下产生有毒的气体,对人体和环境造成一定的损害。因此,找到一种快速、有效的分析方法是必需的。近红外光谱的吸收主要是含氢基团(O-H、S-H、C-H、N-H等)的倍频和合频的吸收[6]。而润滑油的主要成分恰好是以各类烷烃、环烷烃、芳香烃和烷基酯为主的石油高温馏分[7]。随着发动机工作时间的延长、负荷的不断变化,润滑油的理化性能和使用性能也在不断地变化。其中包括氧化、硝化、硫化等造成使用指标的衰变、添加剂损耗以及金属的摩擦磨损等[8],凡是与润滑油组分变化相关的信息在近红外光谱吸收区都会有相应的反映。因此,利用近红外光谱分析技术实现润滑油性能指标的分析是可行的。本研究运用近红外光谱分析技术对在用润滑油的闪点进行快速定量分析研究,并与GB/T267-1988方法测定结果进行比较,从而为在用润滑油闪点的快速化验分析找到了一种新方法。1实验思路近红外分析方法测定必须采用与样品性质关联性强的波长数据及适用的化学计量学方法才能实现。由于润滑油的组成远比燃料油复杂,碳氢化合物相对分子质量很大,造成近红外光谱信息与很多性能之间呈非线性关系,并且光谱谱峰宽、重叠严重。因此,本研究主要从定标波长选择和多元校正方法选择两个方面入手,建立稳定、满足分析精度要求的分析模型,从而实现在用润滑油闪点的近红外光谱分析。2实验过程2.1样品准备及基础数据测定样品选用4050航空润滑油和航空煤油作为研究对象,分别配制质量分数为0.00%、1.50%、3.00%、4.50%、6.00%5种不同的航空煤油掺入量,每种类型分别选取6个样本,共计30个样本。利用K-S方法将样品集分为校正集24个样品和验证集6个样品。基础数据的实验仪器是全自动开口闪点测定仪,适用标准为GB/T267-1988、ASTMD92-12《石油产品开口闪点检测方法及技术要求》。2.2光谱采集采用近红外光谱仪扫描样品,光谱范围1000~1800nm,检测器为铟镓砷(InGaAs),分辨率为6nm。扫描光谱见图1中的实线图。2.3建模过程利用仪器附带的分析软件,先对校正集的光谱进行标准化、均值中心化、基线校正、Savitzky-Golay平滑、savitzky-Golay求导、差分求导、标准正态变量变换、静分析信号、正交信号校正、去趋势校正等预处理,将各种预处理方法进行交叉组合找到最合适的方法。再根据样品光谱与混入的燃油光谱特征差异选择定标波长。选择一定的化学计量学方法进行模型建立。由于神经网络法(ANN)具有良好的非线性映射能力、训练速度快、建模需要样本数量少、逼近性能好、可以处理不稳定数据等优点[9],根据润滑油的组成复杂和光谱复共线性强的特点,选择采用ANN方法建立校正模型,并与常用的偏最小二乘法(PLS)建立的模型进行比较,最终得到满意