Measurement of Grease Using FTIR

Význam tématu

Měření maziv (greasů) je klíčové pro správnou diagnostiku mazacích systémů, hodnocení kompatibility a sledování degradace základního oleje. FTIR spektroskopie s ATR jednotkou umožňuje rychlé, nenáročné a přímé získání spektra z viskózních a polosolidních vzorků bez nutnosti složité přípravy. Porozumění omezením ATR metody a způsobům jejich kompenzace je zásadní pro spolehlivé rozpoznání typu základního oleje (minerální, silikonový, fluorovaný) a prorovnání spekter získaných různými technikami.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem článku bylo porovnat výsledky FTIR měření komerčních maziv získaných dvěma přístupy: single-reflection ATR (přímé nanesení maziva na prismu) a transmisní metodou (tenký film v KBr liquid cell). Studie se zaměřila na tři typy základních olejů (silikonový, fluorovaný, minerální), identifikovala rozdíly ve spektrálních pozicích a intenzitách a ověřila postupy pro minimalizaci odchylek mezi ATR a transmisními spektry (tenká vrstva, výměna prismatu, pokročilá ATR korekce).

Použitá metodika a instrumentace

Metodika:

• Porovnání single-reflection ATR a transmisní měření na stejných vzorcích maziv.
• Pro ATR: nanesení maziva přímo na prismu (bez přítlačného klipu u polosolídních vzorků) a měření.
• Pro transmisní měření: rozetření velmi tenké vrstvy maziva na okénko KBr (liquid cell) a záznam spektra.
• Pro případy silné absorpce: aplikace extrémně tenké vrstvy, výměna diamantového prismatu za germanium (Ge) a použití pokročilé ATR korekce k transformaci ATR spekter na ekvivalent transmisních spekter.

Instrumentace (uvedeno ve studii):

• FTIR spektrometr IRSpirit-TX (Shimadzu) s mikro ATR (Microm ATR).
• Prismata: Diamond (Dia) a Germanium (Ge).
• Transmisní měření: liquid cell s KBr okénkem.
• Měřicí podmínky: rozsah 4 000–400 cm-1 (u Ge 4 000–600 cm-1), rozlišení 4 cm-1, akumulace 40, detektor DLTGS.
• Podmínky průniku: pro Dia prismu při úhlu dopadu 45° a indexu lomu vzorku ~1,5 je hloubka průniku ≈5 µm při 400 cm-1 a ≈0,5 µm při 4 000 cm-1; u Ge je hloubka průniku cca 1/3 oproti Dia.

Hlavní výsledky a diskuse

• Minerální olej: ATR spektra vykazovala shodné polohy pásů jako transmisní metoda; hlavní komponenta identifikovaná jako parafinický olej.
• Silikonové a fluorované oleje: při standardním ATR měření došlo k posunu některých pásů (zejména v oblasti 1 300–700 cm-1) směrem k nižším vlnovým číslům a ke změnám poměrů intenzit oproti transmisnímu spektru. Tyto odchylky jsou způsobeny silnou absorpcí vzorku a rozdílem indexu lomu mezi prismatem a vzorkem, což mění efektivní hloubku průniku záření a spektroskopický průběh.
• Omezení silné absorpce lze výrazně zmírnit třemi přístupy: (1) nanesením extrémně tenké vrstvy maziva na Dia prismu (omezení hloubky interakce), (2) použitím Ge prismatu (vyšší index lomu → menší hloubka průniku), (3) aplikací pokročilé ATR korekce pro transformaci ATR spektra na transmisní podobu. Kombinace úprav vedla k významnému přiblížení pozic pásů a poměrů intenzit k transmisním spektrům.
• Spektrální vyhledávání ukázalo, že u fluorovaných maziv mohou být přítomné komponenty jako PTFE nebo perfluoropolyether (PFP), což potvrzuje užitečnost FTIR pro kvalitativní identifikaci složek.

Přínosy a praktické využití metody

• ATR FTIR poskytuje rychlé, snadné a minimálně invazivní měření maziv bez složité preparace — vhodné pro rutinní kontrolu a screening.
• Pro maziva s nízkou až střední absorpcí (např. minerální oleje) je single-reflection ATR dostatečně přesná pro identifikaci základního oleje a sledování degradace.
• Pro silně absorbující systémy (silikony, fluory) doporučené postupy — tenká vrstva, Ge prismat nebo pokročilá ATR korekce — umožňují získat spektra srovnatelná s transmisními, což zlepšuje porovnatelnost dat napříč metodami a databázemi spekter.
• Praktické doporučení: při porovnávání spekter z různých metod uvést použité prismatické materiály a zda byla aplikována ATR korekce; u silně absorbujících vzorků volit tenkou vrstvu nebo Ge, případně kombinovat s korekcí.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Vývoj a integrace pokročilých ATR korekčních algoritmů a chemometrických postupů pro automatickou konverzi a porovnávání ATR a transmisních dat.
• Vylepšení hardware: variabilní úhel dopadu, víceprizmatické ATR moduly a senzory s lepší kontrolou tloušťky nanesené vrstvy pro konzistentnější průnik záření.
• Automatizace přípravy tenkých vrstev a inline/in situ monitorování degradace maziv v provozních podmínkách pomocí ATR probeů.
• Rozšíření databází spekter o korelovaná ATR i transmisní spektra pro lepší identifikaci složitých kompozitních maziv a aditiv.

Závěr

ATR FTIR je efektivní a komfortní metoda pro analýzu maziv; její výsledky jsou přímo použitelné pro minerální oleje. U silně absorbujících základních olejů (silikonů, fluorovaných) je třeba aplikovat vhodné techniky (velmi tenká vrstva, Ge prismat) nebo pokročilou ATR korekci, aby se dosáhlo spekter ekvivalentních transmisní metodě. Při srovnávání spekter z různých metod je nezbytné uvědomit si vliv hloubky průniku a indexu lomu a podle toho volit měřicí a zpracovatelské postupy.

Reference

1. Shimadzu Corporation, Application News: Measurement of Grease Using FTIR (IRSpirit-TX, Microm ATR). First Edition: May 2026.
2. Shimadzu Application News No. A476, Advanced ATR Correction to Convert ATR Spectra to Transmission Spectra.
3. Shimadzu Application News No. A603, Degradation Analysis of Lubricants Based on ASTM E2412 by Fourier Transform Infrared Spectrophotometer FTIR.
4. ASTM E2412, Standard Practice for Analysis of Used Lubricants by Infrared Spectroscopy (uvedená jako používaná norma v souvislosti se studiem).