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(dāng)紅外光照射到樣品表面時，樣品中的不同化學(xué)成分會吸收特定波長的光，從而導(dǎo)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(jìn)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(dá)1200個光譜通道。采集速度全譜段可達(dá)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(dāng)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(jìn)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(xué)反應(yīng)。

a：白砂糖標(biāo)準(zhǔn)樣品浸油前b：白砂糖標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)樣品浸油前b：綿白糖標(biāo)準(zhǔn)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(xué)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)品及其受熱產(chǎn)物的紅外吸收峰

如圖6a所示的綿白糖標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(xué)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行摻雜檢測具有重要的實踐意義和推廣價值。未來，可以進(jìn)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(xiàn)。