DIN 51399-1-2017 de 5668 Testing of lubricants - Determination of elements content in additives wear and other contaminations - Part 1 Direct determination by optical emission spec.pdf

1、Februar 2017DEUTSCHE NORM Preisgruppe 11DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 75.100!%_ql“2607873www.din.deDIN 51399-1Prfung von Schmierlen Bestimmung der Element

2、gehalte aus Additiven, Abrieb und sonstigen Verunreinigungen Teil 1: Direkte Bestimmung durch optische Emissionsspektralanalyse mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP OES)Testing of lubricants Determination of elements content in additives, wear and other contaminations Part 1: Direct determination by

3、 optical emission spectral analysis with inductively coupled plasma (ICP OES)Essai des huiles lubrifiante Dtermination de teneur des lments dadditifs, dusure et dautres impurets Partie 1: Dtermination directe par spectromtrie dmission optique avec plasma (ICP OES)Alleinverkauf der Normen durch Beuth

4、 Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 51399-1:2009-01www.beuth.deGesamtumfang 20 SeitenDDIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP)Fachausschuss Minerall- und Brennstoffnormung (FAM) des NMPDIN 51399-1:2017-02 2 Inhalt Seite Vorwort 3 1 Anwendungsbereich . 4 2 Normative Verweisungen . 6 3 Begriffe 6 4

5、 Kurzbeschreibung . 6 5 Gerte . 6 5.1 Atomemissionsspektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP OES). 6 5.2 Laborgerte . 9 6 Chemikalien . 9 7 Probenahme 10 8 Kalibrierung des ICP OES-Spektrometers 10 9 Verfahren ohne internen Standard . 10 9.1 Aufstellen der Bezugskurven 10 9.1.1 Bezugslsungen

6、 10 9.1.2 Kalibrierlsungen . 12 9.1.3 Null-Lsung 12 9.1.4 Aufstellung der Kalibriergeraden . 12 9.2 Probenvorbereitung . 12 9.3 Durchfhrung 12 9.4 Auswertung 13 10 Verfahren mit internem Standard . 13 10.1 Lsung des internen Standards (Verdnnungslsung) . 13 10.2 Bezugslsungen 14 10.3 Kalibrierlsunge

7、n . 14 10.4 Null-Lsung 14 10.5 Aufstellen der Kalibriergeraden Variante A . 14 10.6 Aufstellung der Kalibriergeraden Variante B 15 10.7 Probenvorbereitung . 15 10.8 Durchfhrung 16 11 Auswertung 16 12 Angabe der Ergebnisse 17 13 Przision . 17 13.1 Wiederholbarkeit, r 17 13.2 Vergleichbarkeit, R . 17

8、14 Prfbericht . 19 Literaturhinweise . 20 DIN 51399-1:2017-02 3 Vorwort Dieses Dokument wurde von den Arbeitsausschssen NA 062-06-11 AA Atomspektrometrie“ und NA 062-06-63 AA Gebrauchtluntersuchungen“ im Fachausschuss Minerall- und Brennstoffnormung (FAM) des DIN-Normenausschusses Materialprfung (NM

9、P) ausgearbeitet. Die Angaben fr die Przision sind durch statistische Auswertung der Ergebnisse von Ringversuchen, die im FAM durchgefhrt wurden, ermittelt worden. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. DIN ist nicht dafr verantwortl

10、ich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 51399-1:2009-01 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Anpassung des Anwendungsbereichs; b) Aufnahme von Przisionsdaten aus Ringversuchen; c) berarbeitung der normativen Verweisungen; d) redaktionelle bera

11、rbeitung. Frhere Ausgaben DIN 51399-1: 2009-01 DIN 51399-1:2017-02 4 1 Anwendungsbereich Dieses Dokument legt ein Prfverfahren zur Bestimmung der in ungebrauchten und gebrauchten Minerallen aufgelisteten Elemente fest, die aus dem Additivanteil, aus dem Abrieb oder aus Verunreinigungen stammen knnen

12、. Es handelt sich hierbei insbesondere um die Elemente: Barium, Calcium, Magnesium, Zink, Natrium, Kalium, Lithium, Eisen, Silicium, Schwefel, Mangan, Molybdn, Kupfer, Phosphor, Bor, Aluminium, Zinn, Blei, Nickel, Titan, Vanadium, Chrom, Wolfram und Zirconium. Die Konzentrationsbereiche, fr die die

13、Przisionsangaben dieser Norm ermittelt wurden, sind in Tabelle 9 und Tabelle 10 aufgelistet. Die Bestimmung ist anwendbar fr alle Mineralle. Die Bestimmung erfolgt mit Hilfe der optischen Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP OES). Diese Prfung wird als bevorzugtes Verfahren em

14、pfohlen, wenn eine groe Anzahl von Elementen, die in den in Tabelle 1 gelisteten Konzentrationsbereichen vorliegen, gleichzeitig in einem Minerall bestimmt werden soll. Fr die Messung der Konzentration von Einzelelementen stehen in der Regel andere Normen zur Verfgung, die die speziellen Bedingungen

15、 fr die Bestimmung dieser Elemente genauer definieren. Bei Ringversuchen zur Elementgehaltsbestimmung, sowohl direkt als auch aus der veraschten Probe, hat sich gezeigt, dass Verunreinigungen durch Partikel bei blichen ungebrauchten und gebrauchten len nicht zu Problemen bei der Messung fhren. Trotz

16、dem wird darauf hingewiesen, dass grere Partikel (bei Eisen ab etwa 1 m Durchmesser) zu Verflschungen in den Ergebnissen fhren knnen; in solchen Fllen muss die Probe nach DIN 51460-1, DIN 51460-2 oder DIN 51460-3 verascht werden. Die Elemente Aluminium und Silicium liegen hufig in unlslicher Form vo

17、r und neigen whrend der Messung zum Sedimentieren. Daher mssen diese Elemente bei sequentiell arbeitenden Spektrometern als erstes gemessen werden. Bei den Elementen Bor und Schwefel mssen aufgrund hoher Verschleppungsgefahr ausreichend lange Splzeiten nach jedem Probenwechsel sichergestellt werden.

18、 Weitere Elemente knnen nach dieser Norm ebenfalls bestimmt werden. Die Kalibrierkurven mssen dann entsprechend angepasst werden. Przisionsdaten fr in dieser Norm nicht explizit genannte Elemente liegen jedoch nicht vor. Die im Regelfall in Minerallen vorkommenden Elemente sind in Tabelle 1 aufgefhr

19、t. Elementgehalte auerhalb des Anwendungsbereiches knnen bei entsprechender Anpassung der Verdnnung und der Kalibrierstandards gemessen werden. ANMERKUNG Fr die Zwecke dieses Dokuments wird zur Angabe des Massenanteils einer Substanz der Ausdruck % (m/m)“ und fr den Volumenanteil einer Substanz der

20、Ausdruck % (V/V)“ verwendet. DIN 51399-1:2017-02 5 Tabelle 1 Typische Elementkonzentrationen in ungebrauchten und gebrauchten Minerallen Element Messbereich mg/kg Schwefel 50 bis 10 000 Calcium 50 bis 6 000 Magnesium 5 bis 2 500 Zink 50 bis 2 000 Barium 100 bis 2 000 Phosphor 50 bis 2 500 Bor 10 bis

21、 2 500 Aluminium 1 bis 200 Blei 1 bis 200 Chrom 1 bis 200 Eisen 1 bis 1 000 Kalium 1 bis 100 Kupfer 1 bis 200 Lithium 1 bis 100 Mangan 1 bis 100 Molybdn 1 bis 500 Natrium 1 bis 200 Nickel 1 bis 200 Silicium 1 bis 200 Titan 1 bis 200 Vanadium 1 bis 200 Wolfram 1 bis 100 Zinn 1 bis 200 Zirconium 1 bis

22、 100 WARNUNG Die Anwendung dieser Norm kann die Anwendung gefhrlicher Stoffe, Arbeitsgnge und Gerte mit sich bringen. Diese Norm beansprucht nicht, alle damit verbundenen Sicherheitsprobleme zu behandeln. Es liegt in der Verantwortung des Anwenders dieser Norm, vor ihrer Anwendung geeignete Manahmen

23、 fr die Sicherheit und den Gesundheitsschutz des Personals zu ergreifen, und dafr Sorge zu tragen, dass behrdliche und gesetzliche Manahmen eingehalten werden. DIN 51399-1:2017-02 6 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sin

24、d fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 1333, Zahlenangaben DIN 51008-2, Optische Emissionsspektro

25、metrie (OES) Teil 2: Begriffe fr Systeme mit Flammen und Plasmen DIN 51460-1, Prfung von Minerallerzeugnissen Verfahren zur Probenvorbereitung Teil 1: Mikrowellenuntersttzter Druckaufschluss DIN 51460-2, Prfung von Minerallerzeugnissen Verfahren zur Probenvorbereitung Teil 2: Veraschen/Oxidasche DIN

26、 51460-3, Prfung von Minerallerzeugnissen Verfahren zur Probenvorbereitung Teil 3: Druckloser Aufschluss mit Mineralsuren DIN 51574, Prfung von Schmierstoffen Probenahme von Schmierlen aus Verbrennungskraftmaschinen DIN 51750-1, Prfung von Minerallen Probenahme Teil 1: Allgemeines DIN 51750-2, Prfun

27、g von Minerallen Probenahme Teil 2: Flssige Stoffe DIN EN ISO 3170, Flssige Minerallerzeugnisse Manuelle Probenahme 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die Begriffe nach DIN 51008-2. 4 Kurzbeschreibung Die zu untersuchende Probe wird mit Hilfe eines geeigneten ICP OES-Spektrometers (

28、5.1) bestimmt. Die zu untersuchende Probe wird mit einem organischen Lsungsmittel verdnnt und direkt dem ICP OES-Spektrometer zugefhrt. Das Verdnnungsverhltnis betrgt mindestens 1+9 (m/m). Dabei muss fr die Probendosierung eine Frderpumpe verwendet werden. Der Elementgehalt wird durch Vergleich mit

29、entsprechenden Bezugslsungen bestimmt. Ein interner Standard (z. B. Y, Sc oder Co) kann eingesetzt werden. Dabei verbessert sich in der Regel die Przision des Messverfahrens, da Matrix-Einflsse (z. B. Viskositt) korrigiert werden. 5 Gerte 5.1 Atomemissionsspektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma

30、 (ICP OES) Es ist erforderlich, ein ICP OES-Spektrometer, das fr die Analyse organischer Flssigkeiten ausgerstet und geeignet ist, zu verwenden. Die unter Abschnitt 13 genannten Przisionsdaten wurden ausschlielich mit simultanen ICP OES-Spektrometern ermittelt. Sequentiell arbeitende ICP OES-Spektro

31、meter knnen ebenfalls eingesetzt werden, wenn die Przisionsdaten dieser Norm eingehalten werden knnen. Zur Einhaltung der Przision ist die Verwendung einer Frderpumpe fr die Probendosierung zum Zerstuber erforderlich. Dazu muss das Spektrometer in der Lage sein, bei den in den Tabellen 2 und 3 genan

32、nten Wellenlngen strungsfrei zu messen. Da die Hhe des spektralen Untergrunds von der Zusammensetzung der Probe beeinflusst werden kann, muss immer mit Nettointensitten (Untergrundkorrektur) gearbeitet werden. DIN 51399-1:2017-02 7 Tabelle 2 bersicht ber empfohlene Analysenlinien und potentielle Int

33、erferenzen Abrieb/Verunreinigungen Element empfohlene Wellenlngen potentielle Strlinie nm Element - nm Aluminium 237,31 308,21 257,51 396,15 167,08 394,40 309,27 Mn - 237,34 Mo - 308,22 Mo - 396,15 Blei 220,35 261,42 283,31 168,22 Fe - 261,38 Chrom 205,56 283,56 267,72 Mo - 283,54 P - 267,71 Eisen 2

34、38,20 259,94 239,56 Kalium 766,49 769,90 Kupfer 327,39 324,75 224,70 Mo - 324,76 Lithium 670,78 Mangan 257,61 259,37 294,92 Fe - 259,35, Sn - 259,44 Natrium 588,99 589,59 C Untergrundbande (keine Strung bei O2-Zugabe) Nickel 227,02 216,55 231,60 341,48 221,65 Mo - 216,58 Silicium 251,61 288,16 Mo -

35、251,61 Titan 334,19 334,94 336,12 337,28 Vanadium 311,07 309,31 Zinn 189,99 224,61 147,52 242,95 DIN 51399-1:2017-02 8 Tabelle 3 bersicht ber empfohlene Analysenlinien und potentielle Interferenzen Additive Element empfohlene Wellenlngen potentielle Strlinie nm Element - nm Barium 233,53 413,07 455,

36、40 Bor 249,68 208,89 136,25 Fe - 249,70 Calcium 318,13 317,93 315,89 183,80 422,67 Y - 317,94 Mo - 315,90 Magnesium 280,27 279,08 285,21 Molybdn 281,62 202,09 284,82 204,66 Phosphor 185,88 177,49 213,62 253,56 Cu - 177,48 Mo - 213,61, Cu - 213,60 Fe - 253,549, Mn - 253,57 Schwefel 182,03 180,73 182,

37、62 129,57 147,40 Ca - 180,73 B - 182,64 Zink 206,20 213,86 202,55 334,50 Wolfram 220,45 239,71 S - 220,38 Zirconium 339,20 343,82 DIN 51399-1:2017-02 9 Tabelle 4 gibt Auskunft ber bewhrte Elementlinien bei der Verwendung eines internen Standards (IS). Tabelle 4 Empfohlene Wellenlngen fr die Messung

38、des Elements als interner Standard Element Analysenlinie 1 Analysenlinie 2 Analysenlinie 3 Co 228,62 238,89 258,03 Sc 361,38 256,02 227,32 Y 371,03 224,31 377,43 Der Einsatz von stehenden Fackeln mit radialer Beobachtung wird empfohlen, da sich sonst verstrkt Kohlenstoffablagerungen bilden knnen. Di

39、e Wellenlngen unterhalb 200 nm sind blicherweise auf Wellenlngenangaben im Vakuum bezogen und knnen, abhngig vom Gertehersteller, gegebenenfalls zu kleinen Abweichungen fhren. 5.2 Laborgerte Alle verwendeten Gerte mssen sorgfltig gereinigt sein. 5.2.1 Analysenwaage, z. B. elektronische Waage mit Tar

40、a-Ausgleich und auf 0,1 mg ablesbar. 5.2.2 Probengefe, empfohlen aus Kunststoff, bevorzugt sind Gefe aus Polyethylen oder Polytetrafluorethylen (HDPE oder PFA, FEP, PTFE). Alternativ drfen auch Glasgefe verwendet werden, sofern Natrium und Bor nicht bestimmt werden mssen. 5.2.3 Kolbenbrette. 5.2.4 M

41、essbrette, 25 ml oder 50 ml. 5.2.5 Drahtsiebboden, z. B. Maschenweite von 45 m. 5.2.6 Messkolben, z. B. 250 ml, empfohlen aus Kunststoff, bevorzugt sind Gefe aus Polyethylen oder Polytetrafluorethylen (HDPE oder PFA, FEP, PTFE). Alternativ drfen auch Glasgefe verwendet werden, sofern Natrium und Bor

42、 nicht bestimmt werden mssen. 6 Chemikalien 6.1 Lsungsmittel, vorzugsweise mit einem Aromatengehalt von etwa 20 % (V/V) und einem Siedebereich von etwa 150 C bis 250 C, z. B. Testbenzin oder Kerosin, Qualitt reinst oder zur Analyse. Die Verwendung eines anderen geeigneten organischen Lsungsmittels w

43、ie z. B. Toluol oder Methylisobutylketon (Qualitt zur Analyse) ist ebenfalls mglich. 6.2 Weil, mit einer zur untersuchenden Probe vergleichbaren kinematischen Viskositt, z. B. Paraffinum subliquidum nach European Pharmacopoeia 1 oder Neutrall ISO VG 68 nach DIN ISO 3448. 6.3 lgelster Mehrelement- od

44、er Einzelelement-Standard, kommerziell erhltlich, Elementkonzentration z. B. 900 mg/kg (Multielementstandards) oder 1 000 mg/kg (Einzelelementstandards). 6.4 Stabilisator. Es hat sich in der Praxis bewhrt, einen Stabilisator hinzuzugeben, z. B. 2-Ethylhexan-sure zur Analyse. 6.5 Argon, mit einer Rei

45、nheit von (Ar) 99,996 % (m/m). DIN 51399-1:2017-02 10 Um Kohlenstoffablagerungen im Bereich der Plasma-Fackel zu vermeiden, knnen dem Argon-Gasstrom mittels eines Dosierventils kleine Sauerstoffmengen (Qualitt (O2) 99,995 % (m/m) zugegeben werden. 7 Probenahme Die Probenahme muss entweder nach DIN E

46、N ISO 3170, DIN 51750-1 oder DIN 51750-2 erfolgen. Bei Probenahmen aus Verbrennungskraftmaschinen ist DIN 51574 anzuwenden. Fr die Probenahme sind sorgfltig gereinigte Probenflaschen aus Kunststoff (HDPE) oder Polytetrafluorethylen (PTFE, PFA, FEP) einzusetzen. 8 Kalibrierung des ICP OES-Spektromete

47、rs Das ICP OES-Spektrometer wird nach der Betriebsanleitung des Herstellers in Betrieb genommen. Die Kalibrierung des ICP OES-Spektrometers muss durch dreimaliges Messen jeweils der Blindprobe und der Kalibrierlsungen erfolgen. Zur Bestimmung der Elemente sind die in den Tabellen 2 und 3 angegebenen

48、 Wellenlngen anzuwenden. Bei allen Wellenlngen muss eine Untergrundkorrektur durchgefhrt werden. WICHTIG Es ist sicherzustellen, dass die fr die Kalibrierung verwendeten Wellenlngen genau mit denen bereinstimmen, die fr die Bestimmung der Proben angewendet wurden. In Abhngigkeit von der Spektrometer-Software sind beim Verfahren mit internem Standard die Variante A oder Variante B anzuwenden. 9 Verfahren ohne internen Standard 9.1 Aufstellen der Bezugskurven 9.1.1 Bezugslsungen Erfahrungsgem lieg