一、實驗方法和原理

紅外光譜法是一種常用的物質(zhì)分析方法，通過測量物質(zhì)對紅外光的吸收特性，可以得出物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息。在本實驗中，采用紅外光譜儀，利用漫反射方式獲取樣品的光譜。當紅外光照射到樣品表面時，樣品中的不同化學成分會吸收特定波長的光，從而導致光譜中出現(xiàn)特征吸收峰。通過分析這些吸收峰的位置和強度，可以判斷樣品中是否存在特定物質(zhì)。

二、實驗過程

本研究應(yīng)用了400-1000nm的高光譜相機，可采用廣東賽斯拜克SineSpec科技有限公司產(chǎn)品SP130M進行相關(guān)研究。光譜范圍在400-1000nm，波長分辨率優(yōu)于2.5nm，可達1200個光譜通道。采集速度全譜段可達128FPS，波段選擇后最高3300Hz（支持多區(qū)域波段選擇）。

1.1 實驗樣品

白砂糖、綿白糖、汽車機油。

1.2 模擬實驗

1.2.1 模擬機油加熱條件下

實驗向兩支50mL的圓底燒瓶分別加入320mg白砂糖和綿白糖，再分別加入15mL機油、一粒磁子，經(jīng)磁力攪拌器加熱、球型冷凝管回流，轉(zhuǎn)速1000r/min。室溫下攪拌34h，白糖不溶解，顏色狀態(tài)保持不變，逐漸升高體系溫度，當150℃時白糖開始熔化，1h后白糖變?yōu)榧t色無定形狀黏稠液體，機油由亮黃色變?yōu)槌燃t色。冷卻至室溫后用蒸餾水萃取，將水相部分在100℃以下蒸干，室溫下晾干。

1.2.2 模擬機油加熱沸騰條件下

實驗向兩支50mL的圓底燒瓶分別加入320mg白砂糖和綿白糖，再分別加入15mL機油、一粒磁子，經(jīng)磁力攪拌器加熱、球型冷凝管回流，轉(zhuǎn)速1000r/min。150℃下加熱1h后，白糖變?yōu)榧t色無定形狀黏稠液體，升高體系溫度至170℃，1h后白糖由紅色無定形狀黏稠液體變?yōu)楹谏こ硪后w。機油劇烈冒泡，由橙紅色變?yōu)楹谏珳啙嵋后w。冷卻至室溫后抽濾，用蒸餾水、甲醇、氯仿、乙醚各洗滌3次，將濾渣在室溫下晾干。

2結(jié)果與討論

2.1 白糖浸機油前后的晶型分析

利用掃描電子顯微鏡對白糖浸沒汽車機油前后的晶型進行分析。白砂糖浸油前為四棱臺狀六面體，粒徑1.64mm。常溫下在機油中浸泡6h取出白砂糖，用濾紙擦干機油并晾干，白砂糖晶型不變，沒有出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，如圖1所示。綿白糖浸油前為四棱臺狀六面體，粒徑233μm。常溫下在機油中浸泡6h后取出，用濾紙擦干機油并晾干，綿白糖晶型不變，沒有出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象如圖2所示。上述實驗結(jié)果表明，常溫下白糖與機油不發(fā)生化學反應(yīng)。

a：白砂糖標準樣品浸油前b：白砂糖標準樣品常溫下浸油6h后

圖1?白砂糖在機油中浸泡前后的掃描電子顯微鏡圖像

a：綿白糖標準樣品浸油前b：綿白糖標準樣品常溫下浸油6h后

圖2?綿白糖在機油中浸泡前后的掃描電子顯微鏡圖像

2.2 白糖在機油中受熱前后的狀態(tài)變化分析

利用光學顯微鏡（反射方式測量，物鏡倍率20X）對白砂糖在3種狀態(tài)下的顏色狀態(tài)進行觀察：白砂糖在常溫條件下為無色晶體；150℃時在機油中受熱變?yōu)榧t色無定形狀黏稠液體，冷卻后變?yōu)榧t色固體；170℃時變?yōu)楹谏こ硪后w，冷卻后變?yōu)楹谏珗杂补腆w，如圖3所示。

a：白砂糖標準樣品b：150℃時白砂糖在機油中下加熱分離得到的產(chǎn)物c：170℃時白砂糖在機油中加熱分離得到的產(chǎn)物

圖3?白砂糖在3種狀態(tài)下的顯微鏡圖像

利用光學顯微鏡（反射方式測量，物鏡倍率20X）對綿白糖在3種狀態(tài)下的顏色狀態(tài)進行觀察：綿白糖在常溫條件下為無色晶體；150℃時在機油中受熱變?yōu)榧t色無定形狀黏稠液體，冷卻后變?yōu)榧t色固體；170℃時變?yōu)楹谏こ硪后w，冷卻后變?yōu)楹谏珗杂补腆w，如圖4所示。

a：綿白糖標準樣品b：150℃時綿白糖在機油中下加熱分離得機油中加熱分離得到c：170℃時綿白糖在到的產(chǎn)物的產(chǎn)物

圖4?綿白糖在3種狀態(tài)下的顯微鏡圖像

2.3 白糖在機油中受熱前后的紅外光譜分析

2.3.1 白砂糖在機油中受熱前后的紅外光譜分析

a：白砂糖標準樣品；b：白砂糖在150℃機油中加熱分離得到的產(chǎn)物；c：白砂糖在170℃機油中加熱分離得到的產(chǎn)物

圖5?白砂糖的紅外光譜圖像

表1?白砂糖標準品及其受熱產(chǎn)物的紅外吸收峰

利用紅外光譜儀對白砂糖及其在機油中受熱分離得到的產(chǎn)物進行分析圖像如圖5所示，出峰位置比對分析結(jié)果如表1所示。

如圖5a所示的白砂糖標準樣品紅外光譜圖中，3561cm-1處的尖銳強吸收峰為-OH（游離）伸縮振動吸收峰，3390cm-1處的強寬吸收峰為-OH（締合）伸縮振動吸收峰，3012cm-1、2970cm-1處的吸收峰為C-H伸縮振動吸收峰，2983cm-1處的吸收峰為-CH2中C-H反對稱伸縮振動吸收峰，2942cm-1處的吸收峰為C-H對稱伸縮振動吸收峰，1461cm-1處的吸收峰為-CH3/-CH2變形振動吸收峰，1430cm-1、1347cm-1、1279cm-1處的吸收峰為C-H搖擺振動吸收峰，1389cm-1、1239cm-1處的吸收峰為O-H變形振動吸收峰，1128cm-1、989cm-1處的吸收峰為C-O伸縮振動吸收峰，1068cm-1、941cm-1處的吸收峰為C-C伸縮振動吸收峰，908cm-1、849cm-1處的吸收峰為亞甲基中C-H扭曲振動吸收峰，869cm-1、682cm-1、582cm-1、472cm-1處的吸收峰為O-C-C變形振動吸收峰，732cm-1處的吸收峰為吡喃糖環(huán)的變形伸縮振動吸收峰，640cm-1處的吸收峰為呋喃糖環(huán)的變形伸縮振動吸收峰，555cm-1處的吸收峰為O-C-O變形伸縮振動吸收峰。譜圖與蔗糖的紅外譜圖一致，說明白砂糖的成分為蔗糖。

如圖5b所示的白砂糖在機油中加熱到150℃分離得到的固體產(chǎn)物紅外光譜圖像顯示，3390cm-1處的強寬吸收峰為-OH（締合）伸縮振動吸收峰，2926cm-1處的吸收峰為-CH2反對稱伸縮振動吸收峰，1641cm-1處的吸收峰為C=C伸縮振動吸收峰，1075cm-1、1036cm-1處的吸收峰為C-O-C伸縮振動吸收峰，640cm-1處的吸收峰為呋喃糖環(huán)的變形伸縮振動吸收峰，555cm-1處的吸收峰為O-C-O變形伸縮振動吸收峰。相比于白砂糖標準樣品，732cm-1處的吸收峰消失，640cm-1處的吸收峰依然存在。這說明150℃機油中，白砂糖中的吡喃糖環(huán)比呋喃糖環(huán)更不穩(wěn)定，發(fā)生了開環(huán)反應(yīng)，而呋喃糖環(huán)依然存在；1641cm-1處的吸收峰說明白砂糖在機油中受熱發(fā)生了脫水反應(yīng)，產(chǎn)物中有C=C生成。

如圖5c所示的白砂糖在機油中加熱到170℃分離得到的產(chǎn)物紅外光譜圖像顯示，3390cm-1處的強寬吸收峰為-OH（締合）伸縮振動吸收峰，2926cm-1處的吸收峰為-CH2反對稱伸縮振動吸收峰，1714cm-1處的吸收峰為C=O伸縮振動吸收峰，1665cm-1、1624cm-1處的吸收峰為C=C伸縮振動吸收峰，1075cm-1、1036cm-1處的吸收峰為C-O-C伸縮振動吸收峰。相比于150℃下白砂糖的受熱產(chǎn)物，640cm-1、555cm-1處的吸收峰消失，這說明170℃機油中，白砂糖中呋喃糖環(huán)繼吡喃糖環(huán)之后發(fā)生了開環(huán)反應(yīng)；1665cm-1、1624cm-1處出現(xiàn)吸收峰，說明隨著溫度升高，脫水反應(yīng)進一步加劇，產(chǎn)物中C=C增加；1714cm-1處出現(xiàn)吸收峰說明受熱產(chǎn)物中新生成了C=O。

2.3.2 綿白糖在機油中受熱前后的紅外光譜分析

利用紅外光譜儀對綿白糖及其在機油中受熱分離得到的產(chǎn)物進行分析圖像如圖6所示，出峰位置比對分析結(jié)果如表2所示。

a：綿白糖標準樣品；b：綿白糖在150℃機油中加熱分離得到的產(chǎn)物；c：綿白糖在170℃機油中加熱分離得到的產(chǎn)物

圖6?綿白糖的紅外光譜圖像

表2?綿白糖標準品及其受熱產(chǎn)物的紅外吸收峰

如圖6a所示的綿白糖標準樣品紅外光譜圖中，3390cm-1處的強寬吸收峰為-OH（締合）伸縮振動吸收峰，3561cm-1處的尖銳強吸收峰為-OH（游離）伸縮振動吸收峰，3012cm-1、2971cm-1處的吸收峰為C-H伸縮振動吸收峰，2988cm-1處的吸收峰為-CH2中C-H反對稱伸縮振動吸收峰，2941cm-1處的吸收峰為C-H對稱伸縮振動吸收峰，1460cm-1處的吸收峰為-CH3/-CH2變形振動吸收峰，1430cm-1、1346cm-1、1279cm-1處的吸收峰為C-H搖擺振動吸收峰，1387cm-1、1239cm-1處的吸收峰為O-H變形振動吸收峰，1128cm-1、989cm-1處的吸收峰為C-O伸縮振動吸收峰，1068cm-1、942cm-1處的吸收峰為C-C伸縮振動吸收峰，908cm-1、849cm-1處的吸收峰為亞甲基中C-H扭曲振動吸收峰，869cm-1、682cm-1、582cm-1、472cm-1處的吸收峰為O-C-C變形振動吸收峰，732cm-1處的吸收峰為吡喃糖環(huán)的變形伸縮振動吸收峰，640cm-1處的吸收峰為呋喃糖環(huán)的變形伸縮振動吸收峰，555cm-1處的吸收峰為O-C-O變形伸縮振動吸收峰。該譜圖與蔗糖的紅外譜圖一致，說明綿白糖的成分為蔗糖。如圖6b所示的綿白糖在機油中加熱到150℃分離得到的產(chǎn)物紅外光譜圖像顯示，3390cm-1處的強寬吸收峰為-OH（締合）伸縮振動吸收峰，2926cm-1處的吸收峰為-CH2反對稱伸縮振動吸收峰，2880cm-1處的吸收峰為-CH3反對稱伸縮振動吸收峰，1767cm-1、1722cm-1處的吸收峰為C=O伸縮振動吸收峰，1641cm-1處的吸收峰為C=C伸縮振動吸收峰，1051cm-1處的吸收峰為C-O-C伸縮振動吸收峰，640cm-1處的吸收峰為呋喃糖環(huán)的變形伸縮振動吸收峰，555cm-1處的吸收峰為O-C-O變形伸縮振動吸收峰。相比于綿白糖標準樣品，732cm-1處的吸收峰消失，640cm-1處的吸收峰依然存在，說明吡喃糖環(huán)發(fā)生了開環(huán)反應(yīng)，呋喃糖環(huán)相對穩(wěn)定，依然存在。1641cm-1處的吸收峰說明綿白糖在機油中受熱發(fā)生了脫水反應(yīng)，產(chǎn)物中有C=C生成。1767cm-1、1722cm-1處的吸收峰說明產(chǎn)物中有C=O生成。如圖6c所示的對綿白糖在機油中加熱到170℃分離得到的產(chǎn)物紅外光譜圖像顯示，2961cm-1為-CH3反對稱伸縮振動吸收峰，2926cm-1為-CH2反對稱伸縮振動吸收峰，2857cm-1為-CH2對稱伸縮振動吸收峰，1714cm-1為C=O伸縮振動吸收峰，1665cm-1、1620cm-1為C=C伸縮振動吸收峰，1463cm-1為-CH3/-CH2變形振動吸收峰，1377cm-1為-CH3對稱變形伸縮振動吸收峰，1081cm-1、1026cm-1為C-O-C伸縮振動吸收峰。相比于150℃下白砂糖在機油中的受熱產(chǎn)物，640cm-1、555cm-1處的吸收峰消失，說明170℃下在機油中，綿白糖中呋喃糖環(huán)繼吡喃糖環(huán)之后發(fā)生了開環(huán)反應(yīng)，受熱產(chǎn)物中不再存在糖環(huán)；1665cm-1、1620cm-1處出現(xiàn)吸收峰，說明脫水反應(yīng)進一步加劇，產(chǎn)物中C=C增加。

三、結(jié)果分析和結(jié)論

白糖在機油中受熱會逐漸熔化，轉(zhuǎn)化為紅色黏稠無定形態(tài)液體，繼續(xù)受熱變?yōu)楹谏こ頍o定形態(tài)液體，冷卻后會變成黑色堅硬固體。摻雜白糖的機油品質(zhì)會受到破壞，由亮黃色透明狀液體變?yōu)槌燃t色液體，繼而變成黑色渾濁液體。白糖受熱產(chǎn)物的膠黏附著、機油品質(zhì)的破壞會損壞發(fā)動機，直接造成車主的經(jīng)濟損失。白糖在機油中受熱，發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，吡喃糖環(huán)先消失，呋喃糖環(huán)后消失；脫水反應(yīng)逐漸加劇，C=C、C=O生成。本研究通過實驗得到了白糖在浸入機油前后的晶型圖像、白糖在機油中受熱產(chǎn)物的光學顯微鏡圖像及紅外光譜數(shù)據(jù)，這些實驗數(shù)據(jù)可為此類案件的物證鑒定提供一定的理論依據(jù)。

四、實驗意義和價值

本實驗采用紅外光譜法對汽車機油進行摻雜檢測，不僅為機油質(zhì)量的監(jiān)督提供了有效的技術(shù)支持，也有助于維護消費者的合法權(quán)益。此外，該方法還可以為其他工業(yè)領(lǐng)域提供借鑒，促進工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的提升。

通過紅外光譜法對汽車機油進行摻雜檢測具有重要的實踐意義和推廣價值。未來，可以進一步研究其他相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，為推動工業(yè)生產(chǎn)的健康發(fā)展做出貢獻。