油液分析技術旋轉圓盤電極技術（RDE）

一、元素分析

  元素分析仍然是油液分析的首要技術。其以定量方式探測污染、添加劑和定位機械磨損的能力是任何其他類型的分析無法匹敵的。

 元素光譜學是油液分析程序的主干，因而其廣泛應用于閉環潤滑系統的油液分析中，諸如燃氣渦輪機、柴油和汽油發動機、變速器、齒輪箱、壓縮機和液壓系統中。在實踐中，要進行分析需要從系統中周期性地取出油樣品并進行分析。與先前常規分析相比，所得到的數據不僅可以指示機械系統的正常磨損狀態，還可以在故障發生的早期階段發出預警。基于這些預警信息，維護人員可以在設備發生嚴重損壞之前采取措施予以糾正。

  光譜油液分析關于磨損狀態的評估結論是通過檢測潤滑系統中相對運動部件之間產生的金屬細顆粒而實現的。光譜分析除了能夠分析污染物，還能通過分析油液添加劑元素濃度來識別油液污染與降解惡化的程度。多元素分析，配合以對制造內燃機所用材料屬性的理解，可以用來識別設備上特定組件的失效故障。

二、光譜學原理

  常見的元素分析技術有旋轉圓盤電極（RDE）和基于電感耦合等離子體（ICP）的原子發射光譜（OES）系統。RDE和ICP描述了油液中的元素氣化的方式。在元素氣化時，存在的元素以其特征波長發射光，其由 ES系統檢測并定量為ppm水平。

   光譜分析是基于每個元素具有獨特的原子結構的事實來實現的。當樣本吸收激勵能量時，每個元素會發射出特定波長或顏色的光。如果通過使用諸如棱鏡的分光元件來分散該光，就能產生線狀光譜。由于自然界沒有兩個元素具有相同的譜線圖案，我們可以通過分析譜線來識別樣品中包含的每個元素種類。另外，發射光的強度與樣品中存在的元素的量成比例，因而也可以據此確定該元素的濃度。

  這些譜線對應單個元素的原子結構是唯yi的。對于氫原子，原子序數為1，光譜相當簡單（圖1）。而，原子序數為26的鐵的光譜更為復雜，在光譜中出現了許多譜線，分別對應于多次發生的電子躍遷（圖2）。如果樣品中存在多于一種元素，則對于每個元素將出現明顯不同波長的光譜線。這些線必須被合理地分開以便對樣品中存在的元素進行識別和量化。為了實現這一點，需要光學系統。

三、旋轉圓盤電極技術

  用來觀測被加熱或“激發”樣品的多個譜線的光譜儀稱為光電直讀光譜儀。這類光譜儀都由三個主要部分組成。

 1、激發源——向樣品發射能量。

 2.、光學系統——將被激發產生的射線分離并分解成其具體組分的波長 。

 3、讀出系統——由光學系統檢測和測量分離。

  為特定組分波長的光，并以易讀的方式將該信息提供給操作者。

  現代光譜儀的激發源使用的一種典型方法是放電。在電弧或火花中產生的能量作為激發源傳遞給樣品。對于油液分析光譜儀，在充滿油液樣本的盤狀電極和桿狀電極間的間隙中會產生極高的電勢。由電容器存儲的電荷通過該間隙放電，產生高溫電弧，使一部分樣品汽化，形成等離子體。等離子體是一種會發射強光的高溫、高度電離化氣體。所發出的強光中包含了樣本中所有元素所特有的射線。經過精心設計的光學系統，這些射線會被分離為不同的波長，然后被收集記錄下來。測試溫度可高達5000至6000℃，甚至難以激發元素都發射出足以被檢測到的光。

  在光譜油液分析的早期，油液是在旋轉碳盤電極和碳棒電極之間被點燃或“燃燒”的。將樣品放置在樣品蓋中，將圓盤部分浸入油樣品中，圓盤隨著燃燒過程而不斷旋轉（圖3）。這一分析需要使用約2ml或3ml樣品，具體用量取決于所使用的樣品蓋容積。

  每個樣品需要一個新的圓盤和一個新磨尖的棒，以避免樣品夾帶對分析結果引起干擾。

  這種方法稱為旋轉圓盤電極（RDE）光發射光譜（OES），或二者的組合，RDE-OES。或者其被稱為RDE-AES，其代表旋轉圓盤電極原子發射光譜法。在光學系統中，來自等離子體的光在光譜儀中被分離成的離散波長。用于分離離散波長的光學裝置稱為衍射光柵。衍射光柵的表面上具有非常細的線的凹面鏡，其使入射的多色光被分離成特定波長并聚焦在光檢測器陣列上。

  下圖顯示出了基于Rowland Circle概念的使用多色儀光學器件的油液分析光譜儀的主要部件。來自激發過程的光或“燃燒”離開光纖電纜并通過入口狹縫，在那里其通過透鏡集中在衍射光柵上。由油樣中存在的所有元素構成的光通過入射狹縫，并且由光柵衍射之后在聚焦曲線處形成具有特定形狀的光譜線。光柵的目的是將該光分離或“衍射”成其分量波長。以便通過光電倍增管（PMT）或電荷耦合器件（CCD）對光譜線進行拍照或電子量化。

  光譜儀的讀取系統通常選用工業級處理器和軟件進行控制。時鐘電路和放大器周期性地讀取光電倍增管或CCD芯片上的電荷，并將其從模擬信號轉換為數字（ADC）信號以測量像素上的光。累積在像素上的電荷被轉換為定義為“強度”單位的數值。在分析結束時，將每個元素的總強度與存儲在存儲器中的校準曲線進行比較，終轉換為樣品中存在元素的濃度信息。濃度通常用百萬分之幾（ppm）表示。該信息可以顯示在屏幕上，也可以打印出來。一旦分析完成并記錄結果，系統就可以進行下一次分析。分析結果可以保留在屏幕上，存儲在硬盤上或發送到外部計算機。