ICP-OES检测盾构机在用润滑油中磷元素含量

＊曾令羲

（中铁工程服务有限公司 四川 610000）

引言

磷作为润滑油中抗磨抗压添加剂中一种重要的元素，对其含量的检测与测定其他类型元素相同，均对监测和评价润滑油质量有直接意义。选择应用IPC-OES检测方法，能够较为准确且快速地对润滑油中多元素同时进行检测[1-4]。盾构机在用润滑油中，磷与硅、锌、铜、铁等元素一样是重点监控的指标之一。检测方法推荐的测试波长有177.434nm、178.222nm、213.618nm、214.914nm等4种，稀释剂也有多种[5]。而盾构机在掘进过程中由于工况的复杂，润滑油的质量情况也各不相同。本文期望通过选取不同稀释剂和不同波长对磷元素的检测结果进行分析，研究不同测试条件对润滑油元素检测的影响，得出针对盾构机在用润滑油磷元素检测的最优条件，为实际工作提供一定的参考依据。

1.检测设备与方法

(1)检测仪器设备

在本次实验过程中，选择使用美国安捷伦常见生产的Agilent ICP-OES 5800电感耦合等离子体发生光谱仪作为检测设备。

(2)检测方法

为最大化的提高检测过程准确度，特别是对于在用润滑油这种复杂样品的分析，测量所用仪器设备采用径向观测方式。此外，ICP-OES检测润滑油中元素含量属于使用有机溶剂进样的形式，故除了载气以外，还需增加氧气的输入作为助燃气体促使样品充分转化。针对盾构机在用润滑油自身品质以及仪器特点，ICP-OES对磷元素含量的检测工作条件如表1所示。

表1 ICP-OES检测盾构机在用润滑油磷元素工作条件

(3)检测试剂

日常监控过程中需要对盾构机在用润滑油中多种元素含量进行检测，所以根据实际情况，选择Conostan S21多元素标准油进行标准曲线的配制。溶剂油和煤油对于一般润滑油常见的成分具有良好的溶解能力，可以有效地将润滑油均匀地溶解分散在其中。溶剂油和煤油本身不含有被测元素，可以有效减少后续检测分析过程中的干扰因素，提高磷元素的检测准确性。此外在实验室操作中，溶剂油和煤油相对安全，易于处理和储存，所以本文稀释剂选择溶剂油和煤油两种，分别得到两组标准曲线进行对比试验。在本次研究中，统一采用的稀释倍数为10倍，得到最终检测结果。

(4)标准曲线的制备

分别取0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1g的浓度为100mg/kg的Conostan S21标准溶液，分别以溶剂油和煤油为稀释剂稀释10倍制备两组系列标准曲线浓度点，以上述检测方法条件制备标准曲线谱图并计算检出限及定量限。

(5)样品及加标回收样品的制备

称取1g左右的盾构机在用润滑油样品，分别用溶剂油和煤油稀释10倍制备检测样品。同时另外称取1g左右的样品，再加入0.5g浓度为100mg/kg的Conostan S21标准溶液（加标浓度为5mg/kg），再分别用溶剂油和煤油稀释10倍制备加标回收样品。

2.检测结果分析

(1)标准曲线

根据原子发射光谱的原理，处于激发态的电子不稳定，在回到基态的过程中会产生多种不同波长的光，即在光谱中形成多条谱线。所以一种元素可以同时产生几种不同波长的谱线，这些谱线共同组成了该元素的特征光谱图。在本文中，磷元素的特征吸收波长共有4条，从检测得到的特征峰峰型、强度以及是否有干扰峰存在等因素可以初步判定该波长是否适合后续实验。图1（a）～（d）为使用溶剂油作为稀释剂分别配制4种波长的磷元素标准曲线谱图。图2（a）～（d）为使用煤油作为稀释剂分别配制4种波长的磷元素标准曲线谱图。图中横坐标为磷元素检出谱线的特征峰波长，（a）到（d）特征峰波长分别为177.434nm、178.222nm、213.618nm以及214.914nm。图中纵坐标为磷元素检出谱线的特征峰强度。通过形成的光谱图可以直观地反映出该元素的检测情况。从图1和图2对比可以看出，溶剂油和煤油配制的磷元素标准曲线具有相似的谱图，说明两者对磷元素的标油均具有良好的溶解性。从表2和表3可以看出，以溶剂油和煤油为稀释剂分别配制的标准曲线相关系数都接近1，且以煤油为稀释剂配制的标准曲线具有更好的相关性。另一方面从图中我们可以看到，对于选择213.618nm及214.914nm作为磷元素检测波长，在213.598nm及214.900nm波长处分别有一个较为突出的其他杂峰存在，会对检测结果造成干扰，影响准确度。

图1 使用溶剂油配制的磷元素在不同波长处标准曲线图

图2 使用煤油配制的磷元素在不同波长处标准曲线图

表2 以溶剂油为稀释剂的相关检测数据

表3 以煤油为稀释剂的相关检测数据

(2)检出限、定量限及样品检测

对表2和表3检出限和定量限数据对比可以发现，无论是溶剂油还是煤油作为稀释剂都能得到较低的检出限和定量限，且两者数值接近。

对于样品中磷含量的检测结果，从表2和表3数据分析中可以得出，在177.434nm波长处，两种稀释剂配制的样品检测结果分别为193.89mg/kg以及196.52mg/kg，差值为2.63mg/kg，再现性符合标准规定要求。而其他波长处两者的检测结果相差较大，原因在于铜元素在213.618nm及214.914nm处会对临近磷元素的波长造成明显干扰，使检测结果误差偏大。这点从QC检测结果也进一步得到证实，波长在180nm以下QC检测值相对偏差较小，而波长在180nm以上QC检测值相对偏差较大。

(3)准确度与稳定性

对比表2和表3QC相对偏差数据，我们发现在波长177.434nm处的相对偏差最小，说明在此波长下对磷含量进行检测准确度最高。并且对比采用两种稀释剂进行配制的检测结果，相对偏差的绝对值一个为0.36%，一个为0.38%，进一步说明波长177.434nm处磷含量的检测结果具有良好的稳定性。另一方面，油液中其他元素对磷元素在波长213.618nm及波长214.914nm处波峰有较强的干扰，使得QC样品检测结果相对偏差增大，超过2%。

3.结论

本文采用ICP-OES检测方法对盾构机在用润滑中磷元素含量进行检测，通过选取不同特征波长以及不同稀释剂对样品进行检测，从标准曲线相关系数、检出限、定量限、QC质控样品以及加标回收率等对检测结果进行分析，以期得出最佳的检测条件，结论如下：

（1）本实验从表2和表3检测结果看，溶剂油和煤油都可以作为盾构机在用润滑油元素分析稀释剂使用，相比而言，使用煤油配制的标准曲线有更好的相关性。

（2）同时测定盾构机在用润滑油多元素时，由于其他元素的存在，会对磷在波长213.618nm及波长214.914nm处的峰有明显干扰。同时结合QC检测结果以及加标回收率结果，本实验优选177.434nm作为磷元素检测波长。在此波长下磷元素的检测具有更高的准确度以及更好的稳定性。