Beneficios de FTIR en el análisis de aceite

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

Cuando se exponen a la radiación infrarroja, las moléculas absorben radiación en longitudes de onda muy específicas. Sabiendo esto, puede hacer pasar radiación infrarroja a través de una muestra y usar un detector en el otro lado de la muestra para identificar las moléculas que se encuentran en esa muestra.

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 material de una muestra. El análisis cualitativo se vuelve fácil debido a este hecho. Cuando se utiliza un algoritmo de software para trazar el espectro resultante, se genera una representación visual.

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

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

Luego, el haz ingresa al interferómetro donde se “codifica” utilizando una serie de espejos estacionarios y móviles. Esta codificación es una forma de producir una señal que consta de todas las frecuencias infrarrojas importantes simultáneamente.

Luego, el haz ingresa a la muestra y se absorben ciertas frecuencias de energía. La energía que escapa de la muestra se envía al detector donde se mide. Esta señal medida luego se envía a una computadora donde se lleva a cabo la transformación de Fourier. La transformación de Fourier es un proceso matemático en el que una forma de onda se puede dividir en una representación alternativa para facilitar su visualización. En este punto, los resultados se trazan en la pantalla y el técnico puede realizar un análisis sencillo.

Debido a que la mayoría de las muestras de aceite usado son mezclas complejas de miles de moléculas diferentes, como moléculas de aceite base, aditivos, subproductos de la degradación del aceite, partículas de desgaste y contaminantes, el espectro infrarrojo de la muestra suele ser complejo y puede ser difícil de interpretar con algún grado de certeza, ya que algunos números de onda pueden superponerse. A pesar de estos inconvenientes, FTIR todavía tiene un gran valor en el análisis de aceite usado y la mayoría de los laboratorios de análisis de aceite lo emplean como herramienta de detección.

Para minimizar los efectos del aceite base y las resonancias moleculares de los aditivos, el análisis FTIR de muestras de aceite usado es un proceso de tres etapas. La primera etapa consiste en registrar el espectro FTIR de una muestra de aceite nuevo para obtener una gráfica de referencia.

La segunda etapa consiste en registrar el espectro FTIR de la muestra del aceite usado del mismo tipo. La tercera y última etapa es restar la línea base del aceite nuevo, a menudo denominada referencia del aceite nuevo, del espectro del aceite usado para obtener el espectro de diferencia. En teoría, el espectro de diferencia permite medir los cambios tanto en la composición química del aceite, como la oxidación del aceite (representada por un aumento en un pico centrado alrededor de 1740 cm-1), como en cualquier contaminante sin interferencia de las resonancias moleculares del aceite nuevo.

La principal limitación de este procedimiento de espectro de diferencia es que a menudo no resulta 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 línea de base del aceite nuevo para este propósito no solo debe ser del mismo tipo, marca y grado que el aceite usado, sino también del mismo lote del aceite fabricado.

Otra área donde el FTIR puede ser extremadamente valioso es para 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 siguiente figura muestra el espectro FTIR de una mezcla de un aceite sintético base mineral y un fluido de control electrohidráulico (EHC) de éster fosfatado.

Al registrar el espectro FTIR de la mezcla sospechosa junto con el espectro de referencia del aceite mineral puro y el fluido EHC puro, se puede confirmar esta mezcla accidental. De hecho, cuando se sospecha un problema desconocido de contaminación, a menudo es recomendable obtener inmediatamente el espectro FTIR al aceite sospechoso junto con una referencia del aceite nuevo siempre que sea posible.

FTIR es una valiosa adición a cualquier programa de análisis de lubricantes.

Si comprenden 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 utilizándola junto con otros métodos y estrategias de prueba estándar.

50% De los profesionales de la lubricación efectúan la prueba FTIR en su programa de análisis de lubricantes, según una encuesta reciente en MachineryLubrication.com

Referencia: Jeremy Wright, Noria Corporation. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América