Beneficios del análisis FTIR

10 de noviembre de 2017

SPECTRUM WP Beneficios del análisis FTIRJeremy Wright, Noria Corporation. Traducido por: Gustavo Huicochea Hernández, Noria Latín América

La espectrometría infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) es una herramienta versátil que se utiliza para detectar contaminantes comunes, subproductos de la degradación del lubricante y ciertos aditivos dentro de los aceites lubricantes. Se ha convertido en una técnica ampliamente utilizada para evaluar rápidamente múltiples características de los lubricantes; sin embargo, muchas personas no entienden completamente cómo funciona.

Cuando se exponen a la radiación infrarroja, las moléculas absorben radiación a longitudes de onda muy específicas dependiendo de su composición. Sabiendo esto, se hace pasar radiación infrarroja a través de una muestra de lubricante y se usa un sensor en el otro lado para identificar las moléculas que se encuentran en esa muestra.

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Al igual que una huella digital, no hay dos moléculas que produzcan el mismo patrón o longitud de onda. Esto es muy útil para poder identificar la composición del material de una muestra. El análisis cualitativo se vuelve fácil debido a este hecho. Cuando se utiliza un algoritmo en el software para trazar el espectro resultante, se genera una representación visual.

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Este método de prueba es relativamente rápido de efectuar y es capaz de detectar simultáneamente múltiples parámetros, incluidos antioxidantes, agua, hollín, combustible, glicol, oxidación del aceite y ciertos aditivos. Añadiendo valor a esta poderosa medida cualitativa, el tamaño de los picos es una indicación directa de la cantidad de material específico que se encuentra en la muestra.

Para comprenderlo mejor, echemos un vistazo más profundo al proceso y a la anatomía del análisis de una muestra. El primer componente en el sistema es la fuente de IR. La fuente emitirá energía infrarroja y la enviará a través de una abertura para controlar la cantidad que se presenta a la muestra.

A continuación, el rayo entra al interferómetro donde es “codificado” usando una serie de espejos estacionarios y móviles. Esta codificación es una forma de producir una señal que consiste en todas las frecuencias de infrarrojos importantes simultáneamente.

Luego, el rayo entra en la muestra, en donde la energía es absorbida a ciertas longitudes de onda. La energía que escapa de la muestra se envía al sensor, en donde se mide. Esta señal medida se envía a una computadora en la cual tiene lugar la transformación de Fourier. Las transformadas de Fourier son un proceso matemático en el que una forma de onda se puede dividir en una representación alternativa para facilitar la visualización. En este punto, los resultados se trazan en la pantalla y el técnico puede realizar un análisis simple.

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Dado que la mayoría de las muestras de aceite usado son mezclas complejas de miles de moléculas diferentes, incluyendo moléculas de aceite base, aditivos, subproductos de degradación del aceite, partículas de desgaste y contaminantes, el espectro infrarrojo de la muestra suele ser complejo y puede ser difícil de interpretar con cierto grado de certeza, ya que algunos números de onda se pueden superponer. A pesar de estos inconvenientes, FTIR todavía tiene un gran valor en el análisis de aceite usado y es utilizado por la mayoría de los laboratorios de análisis de aceite como una herramienta de detección de rutina.

Para minimizar los efectos de las resonancias moleculares del aceite base y los aditivos, el análisis FTIR de las muestras de aceite usado es un proceso de tres etapas. La primera etapa es registrar el espectro FTIR de una muestra de aceite nuevo para obtener una línea FTIR de referencia. La segunda etapa es registrar el espectro FTIR de la muestra de aceite usado. La tercera y última etapa consiste en restar la línea de referencia del espectro de aceite usado para obtener el espectro de diferencia. En teoría, el espectro de diferencia permite identificar los cambios en la composición química del aceite, como la oxidación del aceite (representada por un aumento en un pico centrado alrededor de 1740 cm-1) y cualquier contaminante que se mida sin la interferencia de las resonancias moleculares del aceite nuevo.

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La principal limitación de este procedimiento de diferencia de espectro es que a menudo no es práctico enviar una muestra de aceite nuevo con la muestra de aceite usado cada vez que se requiere un análisis. Para que el procedimiento sea preciso, la referencia de aceite nuevo para este propósito no solo debe ser del mismo tipo, marca y grado que el aceite usado, sino también del mismo lote de aceite manufacturado.

Otra área donde FTIR puede resultar extremadamente valioso es determinar cambios significativos en la química del aceite, como lo que podría esperarse cuando se combinan dos aceites con diferentes composiciones químicas debido a la contaminación cruzada. La figura siguiente muestra el espectro FTIR de una mezcla de un aceite mineral para engranajes y un fluido de control electrohidráulico (EHC) de éster fosfatado. Al registrar el espectro FTIR de la mezcla sospechosa junto con el espectro del aceite nuevo de referencia conocido del aceite mineral para engranajes y del fluido EHC puro, puede confirmarse esta mezcla accidental. De hecho, cuando se sospecha un problema de contaminación desconocido, a menudo es aconsejable ejecutar inmediatamente un análisis FTIR del aceite en uso junto con uno al aceite nuevo de referencia, siempre que sea posible.

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FTIR es una valiosa herramienta en cualquier programa de análisis de lubricantes. Al comprender cómo funciona la técnica, así como sus fortalezas y limitaciones, los analistas de lubricantes y los usuarios finales pueden obtener una gran cantidad de información cuando la utilizan junto con otros métodos y estrategias de análisis de rutina.

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