一种快速荧光检测润滑油老化程度的方法与流程

1.本发明涉及荧光性纳米材料的应用技术领域，具体是涉及一种快速荧光检测润滑油老化程度的方法。


背景技术：

2.近年来，汽车保有量的快速增长，使车用润滑油的需求呈现快速增长的趋势。在汽车内燃机工作过程中，部分润滑油会进入内燃机燃烧室，形成气体污染物或微粒等有害排放物。润滑油的消耗量，随车辆技术水平和磨损程度不同而变化，一般来说，润滑油的消耗量应小于燃油消耗量的1％(体积比)。但严重磨损的发动机，其润滑油消耗量将会更高。另外，车辆在使用中或报废后，还产生数量庞大的废弃润滑油，虽然其中的大部分得到了回收利用，但仍有相当一部分润滑油被废弃进入水系或土壤，造成环境污染。
3.润滑油在使用过程中由于高温及空气的氧化作用，会逐渐老化变质，再加上摩擦部件上磨下来的金属粉末、呼吸作用及其他原因进入油中的水分、从环境中侵入的杂质，这些不仅污染了润滑油，而且还促进润滑油的氧化，从而可能引起机器的各种故障。所以润滑油在使用一定时间，变质到达一定程度之后，必须更换。
4.碳量子点因为其具有无可比拟的光学性能优良、小尺寸、低毒性、良好生物相容性及功能化修饰、制备成本低廉和反应条件温和等优点，成为荧光探针的首选，碳量子点在润滑油中的荧光猝灭现象能很好地检测出润滑油的氧化程度以及其中的重金属离子(主要是铁、铬离子)的含量对废油的合理排放和处置起到很好的指导作用。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提出一种快速荧光检测润滑油老化程度的方法，可以快速诊断润滑油的老化程度，技术操作简单、可靠且稳定，为润滑油快速监测提供了理论依据和实际意义。
6.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种快速荧光检测润滑油老化程度的方法，主要步骤如下：
7.首先，向模拟润滑油中加入稀释的碳量子点溶液以及一定梯度的金属离子溶液，在荧光光谱仪中测定荧光强度变化，从而确定金属离子的浓度与碳量子点的荧光强度之间存在的线性关系；向模拟润滑油中加入稀释的碳量子点溶液以及一定梯度量的模拟酸，在荧光光谱仪中测定荧光强度变化，从而确定模拟酸的浓度与碳量子点的荧光强度之间存在的线性关系；
8.其次，向待测润滑油中添加碳量子点溶液，在荧光光谱仪中测定荧光强度，通过对比前述线性关系，计算出待测润滑油中金属离子浓度以及酸值，从而综合判断润滑油的老化程度；
9.最后，设置润滑油老化更换阈值，当待测润滑油的金属离子浓度以及酸值达到该阈值时，提示更换润滑油。
10.作为本发明的快速荧光检测润滑油老化程度的方法的优选技术方案，检测方法中金属离子选择fe
3
、ni
2
，以聚乙二醇400(peg400)作为模拟润滑油，以乙酸作为模拟酸。
11.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
12.(1)通过粒度分析和hrtem分析表明，制备的碳量子点的尺寸分布在1～6nm，平均粒径为2.9nm，制备的碳量子点具有分散性好，尺寸小，结构稳定。xrd结果表明，制备出的cqds只在22
°
左右有一个峰，证明它是无定形态的。傅里叶红外变换光谱结果表明，制备的cqds表面含有kh792的硅烷基团和氨基基团，表明改性剂成功对碳量子点的表面进行了修饰和改性。xps结果表明，cqds中的元素占比分别为c为46.16％，n为23.83％，o为17.37％，si为12.64％，以及化合键有c
‑
c、
‑
nh2、n
‑
c＝o、si
‑
c。
13.(2)制备的碳量子点的激发波长为370nm，当激发波长在300～400nm之间，碳量子点发出明亮的蓝光，发射峰位于450nm，当激发波长由300nm增大时，发射光谱的强度是先增大后减小，发射峰的位置也是先发生明显的蓝移，到370nm时再发生红移。
14.(3)制备的碳量子点的荧光量子产率经计算为46％，荧光产率也会随着反应物的量、反应时间、反应温度而变化，经过单因素实验，优化后确定制备碳点的反应条件为kh792添加量30ml，无水乙醇添加量30ml，柠檬酸添加量1g，反应温度为140℃，反应时间为4h。
15.(4)以生物质碳量子点作为荧光探针来检测聚乙二醇中重金属离子(fe
3
、mn
2
、cu
2
、cr
3
、ni
2
)以及酸性物质，优先确定最佳的检测条件。从荧光强度与浓度的回归方程、相关系数以及猝灭常数进行了研究，结果表明：
16.①
cqds在检测fe
3
方面结果较为准确，且在1μm～100μm(低浓度)时猝灭常数为22687，可以作为检测低浓度fe
3
的荧光探针，在低浓度时的关系曲线方程为y＝
‑
0.22687x 119.52458，线性相关系数为r2＝0.96667，在200μm～1000μm(高浓度)时线性曲线方程为y＝
‑
0.05499x 105.90959，线性相关系数为r2＝0.9173，猝灭常数为5499。
17.②
cqds在检测mn
2
方面在低浓度时检测结果不准确，相关系数仅为0.48064，而在高浓度时较为准确，且猝灭常数为2129，可以作为检测高浓度mn
2
的荧光探针，在高浓度时的关系曲线方程为y＝
‑
0.02129x 118.49863，线性相关系数为r2＝0.87797。
18.③
cqds在检测cu
2
方面结果在1μm～1mm之间整体检测结果不准确，相关系数仅为0.58639，而将浓度分为1μm～100μm(低浓度)和200μm～1000μm(高浓度)单独检测时较为准确，在低浓度时，曲线方程为y＝
‑
0.3382x 121.28889，线性相关系数为r2＝0.89111，猝灭常数为33820，在高浓度时，y＝
‑
0.01805x 89.16164，线性相关系数为r2＝0.81461，猝灭常数为1805，因此，可以作为检测低浓度cu
2
的荧光探针，而在高浓度时检测结果稍嫌不准，且猝灭常数较小，不能特异识别。
19.④
cqds在检测cr
3
方面检测结果不准确，相关系数仅为0.62136，而将其数据分段拟合后，所得在低浓度时线性相关系数为0.74583，高浓度时线性相关系数为0.73391，同样相关性不是很好，不能用来检测cr
3
，但是在低浓度时的猝灭常数为22223，可以用作特异性检测cr
3
的手段。
20.⑤
cqds在检测ni
2
方面结果在1μm～1mm之间整体检测结果较为准确，相关系数为0.81438，再将浓度分为1μm～100μm(低浓度)和200μm～1000μm(高浓度)单独检测时更为准确，在低浓度时，曲线方程为y＝
‑
0.21864x 126.24406，线性相关系数为0.84939，猝灭常数为21864，在高浓度时，y＝
‑
0.03808 106.34247，线性相关系数为0.93665，猝灭常数为
3808，因此，可以作为检测高浓度ni
2
的荧光探针，在低浓度检测时效果一般。
21.⑥
cqds在检测聚乙二醇中乙酸方面结果准确，线性关系曲线方程为y＝
‑
0.04914x 121.5713，线性相关系数为0.97857，线性关系较好，猝灭常数为4914，可以作为检测聚乙二醇中酸性物质的荧光探针，且检测结果较为准确。
22.(5)基于碳量子点在金属离子以及乙酸的检测，本发明重点提出了一种快速荧光检测润滑油老化程度的方法，可以快速诊断润滑油的老化程度，技术操作简单、可靠且稳定，为润滑油快速监测提供了理论依据和实际意义。
附图说明
23.图1为碳量子点的粒径分布图。
24.图2为碳量子点的x射线衍射图谱。
25.图3为柠檬酸、硅烷偶联剂kh792、碳量子点的红外光谱图。
26.图4为碳量子点的xps全谱图(a)和所含元素的高分辨谱图(b)。
27.图5为碳量子点溶液在各种溶剂(从左至右分别为peg400、乙醇、异丙醇、水、油胺、正己烷)中的分散情况(a)及其在370nm激发波长照射下的发光情况(b)。
28.图6为碳量子点溶液在不同溶剂中的荧光发射谱图。
29.图7为碳量子点溶液的激发光谱和发射光谱。
30.图8为碳量子点不同激发波长下的荧光发射光谱。
31.图9为碳量子点在不同ph影响下的荧光强度(a)以及碳量子点溶液荧光强度随ph变化拟合方程图(b)。
32.图10为不同温度下碳量子点溶液的荧光强度。
33.图11为碳量子点溶液的荧光强度与时间的关系图。
34.图12为反应时间与荧光产率的关系图。
35.图13为反应温度对荧光产率的影响图。
36.图14为碳量子点在聚乙二醇400中的添加量与荧光强度关系曲线(a)以及拟合方程图(b)。
37.图15为聚乙二醇400和添加了碳量子点的聚乙二醇400的红外光谱图。
38.图16为不同浓度fe
3
对碳量子点荧光强度的影响拟合曲线图，(a)1μm～1mm，(b)1μm～100μm，(c)200μm～1000μm。
39.图17为不同浓度mn
2
对碳量子点荧光强度的影响拟合曲线图，(a)1μm～1mm，(b)1μm～100μm，(c)200μm～1000μm。
40.图18为不同浓度cu
2
对碳量子点荧光强度的影响拟合曲线图，(a)1μm～1mm，(b)1μm～100μm，(c)200μm～1000μm。
41.图19为不同浓度cr
3
对碳量子点荧光强度的影响拟合曲线图，(a)1μm～1mm，(b)1μm～100μm，(c)200μm～1000μm。
42.图20为不同浓度ni
2
对碳量子点荧光强度的影响拟合曲线图，(a)1μm～1mm，(b)1μm～100μm，(c)200μm～1000μm。
43.图21为不同添加量乙酸对碳量子点荧光强度的拟合方程图(a)及影响关系曲线(b)。
具体实施方式
44.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
45.实施例1
46.碳量子点溶液的制备，步骤如下：
47.称取1g的一水柠檬酸，将其溶解到30ml的无水乙醇中，再量取30ml的n
‑
氨乙基
‑3‑
氨丙基三甲氧基硅烷kh792，将两者混合均匀后移入100ml水热反应釜聚四氟乙烯内胆中，放入恒温鼓风干燥箱，反应温度为140℃，反应时间4h，反应完成并冷却后将其取出，并用无水乙醇稀释10000倍后密封保存，即得到发蓝色荧光的氮硅共掺杂碳量子点的乙醇溶液。
48.为了便于检测该碳量子点，通过如下方法将其制备成粉末状：
49.将稀释过后的碳量子点溶液用1000d的透析袋(透析外液为无水乙醇)透析48h，将透析好的溶液用旋转蒸发仪蒸发至10ml左右体积，再用冷冻干燥机在
‑
30℃条件下将其干燥成粉末，得到碳量子点粉末(cqds)。
50.实施例2
51.制备碳量子点的表征及荧光性能
52.1、粒径分布
53.利用粒度分析仪对碳量子点的粒度分布进行了分析，从图1所示的粒径分布图可知，碳量子点的粒径分布在1～6nm之间，平均粒径为2.9nm。
54.2、结构分析
55.采用xrd对碳量子点进行了物相分析，如图2所示。图中只有一个中心在22
°
左右的宽峰，表明制备出的碳量子点是无定形态的。
56.物质的红外光谱是其分子结构的反映，红外谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应，可以通过官能团的吸收峰推测分子结构。为了进一步对其进行分析，利用傅里叶红外光谱仪对合成的碳量子点的表面基团进行了表征见图3所示。
57.与柠檬酸和硅烷偶联剂kh792相比，制备出的氮硅共掺杂碳点显示出了不同的吸收峰。通过分析图谱可知，碳量子点在1250cm
‑1处出现酰胺基的—c＝o伸缩振动峰，这表明在反应过程中柠檬酸中的羧基与硅烷偶联剂kh792中的氨基发生了酰基化反应；在1005cm
‑1的峰属于si—o—si的伸缩振动峰；在3325cm
‑1和735cm
‑1处出现的峰分别是碳链骨架的ch2的伸缩振动峰和反对称变形峰；2970cm
‑1的峰为结合的—nh2的伸缩振动峰。
58.x射线光电子能谱分析(xps)是一种用于测定材料中元素构成，以及其中所含元素化学态和电子态的定量能谱技术，常用于新型材料研发与制备过程中材料表面的分析以及反应机理的辅助研究。通过对材料进行xps分析，不仅能探测材料表面的化学组成(除h、he)，而且可以确定元素的化学价态。将制备的碳量子点粉末进行xps表征，结果用xps软件进一步处理见图4所示。
59.图4a为碳量子点的xps全谱图，由全谱分析可知碳点表面含有c、n、o、si四种元素，元素的百分比含量分别为：c为46.16％，n为23.83％，o为17.37％，si为12.64％，说明样品是以碳为主要组成元素的。在全谱扫描的基础上对各个元素进行高分辨扫描，分别对四种元素的谱图进行分峰处理得到各元素的不同结合形式(图4b所示)。c1s的窄区谱图，通过拟合得到1条拟合曲线，说明存在一种形式的c。284.83ev处的拟合峰对应sp2形式的c
‑
c单键，组成了碳量子点的骨架。n1s谱图中398.53ev的拟合峰属于
‑
nh2键。o1s谱图中531.68ev的
峰属于n
‑
c＝o，说明有酰胺基的形成。si2p谱图中得到两个拟合峰，101.93ev的峰属于碳链上的si
‑
c键。
60.3、碳量子点的荧光机理
61.碳量子点的发光起源于锯齿形边缘的cabbeen结构。众所周知，cabbeen结构对环境敏感，如果cabbeen结构被质子化，荧光就会发生淬灭。相比之下，氨基修饰后形成了缺陷点，保护了原先cabbeen结构易受攻击的活性点，从而抑制了荧光的淬灭。量子点中被激发的π电子发生跃迁后，在向基态跃迁的过程中，会经过不同的激发态，只有在第一激发态，也就是最低激发态的电子向基态跃迁时，才会发出荧光，否则会以磷光或热辐射的形式放出热量。
62.radovic和bockrath建立了结构模型，目的就是为了证明石墨烯片的边缘是没有氢原子的三重基态的cabbeen结构。cqds的最大激发波长370nm相应于电子从应轨道跃迁到cabbeen的lumo轨道，而发射的450nm的荧光则是由于电子空穴复合产生的。另一方面，从氨基基团中产生的氨基自由基容易通过gomberg
‑
bachmann反应与cabbeen结构赫轨道上的单电子进行偶合。而另一个轨道上的单电子可有三种归宿：接受一个电子形成一个负电荷，失去一个电子形成一个正电荷或者是保留原始的自由基状态。无论轨道上的单电子最终如何归属，都会在活性点处产生具有能量带宽的缺陷，而带宽的大小则取决于接枝的氨基对碳量子点共轭体系的影响。
63.正是这种缺陷态的产生解释了不同氨基修饰的碳量子点具有不同的荧光激发峰和荧光发射峰。其原理主要是在缺陷处增加了产生辐射的电子空穴复合。本技术中量子点的荧光发光机制与radovic建立的结构模型类似，都是由于在修饰过程中不同改性剂使量子点表面具有不同位置或数量的活性位点，所以有着不同的荧光激发峰与荧光发射峰。
64.4、碳量子点的荧光性能
65.4.1碳量子点在液相中的荧光表现
66.利用水热合成法制备的碳量子点溶液具有良好的分散性，不仅在具有良好的水溶性，也可以分散在正己烷、甲醇、丙酮、乙醇等有机溶剂中，并且拥有出色的荧光性能。图5a中表现了它在各种溶剂(peg400、乙醇、异丙醇、水、油胺、正己烷)中的分散效果，可知，其在各种溶剂中都有良好的分散性。图5b在紫外灯照射下的图片，在日光下呈现无色，在370nm荧光灯激发下发出明亮的蓝色荧光。
67.将200μl稀释10000倍的碳量子点溶液分别加入到10ml的溶剂(正己烷、异丙醇、乙醇、水、peg400)中，将其混合均匀后得到不同溶剂相同浓度的碳量子点溶液，测试不同溶剂中碳量子点的荧光强度。图6为各种溶剂中碳量子点溶液的荧光发射光谱图，通过图6可以看出，碳量子点在有机溶剂中的荧光强度要大于在超纯水中的荧光强度。
68.4.2碳量子点发射与激发光谱
69.取200μl稀释10000倍的碳量子点溶液加入到10ml的乙醇中，再将其用荧光光谱仪进行荧光测定，得到碳量子点溶液的激发光谱和发射光谱(图7)，从图7中可知，碳点溶液的最大激发波长为370nm，最大发射波长为450nm。
70.图8为碳点溶液在不同激发波长下的发射光谱图，由图8中可知，发射峰位于450nm，半峰宽为62.5nm，它的荧光强度与激发波长的关系是：当激发波长由300nm增大时，发射光谱的强度是先增大后减小，发射峰的位置也是先发生明显的红移，到370nm时再发生
蓝移。
71.4.3ph的变化对碳量子点溶液荧光性能的影响
72.由于溶液的ph对碳量子点的荧光性能有非常显著的影响，因此我们对制备出的硅烷修饰的碳点溶液进行了不同ph的影响测试，并对其结果进行了分析。结果见图9a所示，碳点溶液在强酸性(ph＝1)的条件下荧光强度急剧下降，这可以说明强酸的条件对碳点的荧光有猝灭作用。随着ph从3增加到11，发现碳点溶液的荧光强度逐渐增加，图9b更能直观的表现出ph与碳点溶液荧光强度的关系，而且基本成线性关系，对其数据进行了线性拟合，拟合方程的相关系数r2＝0.95031，说明该方程可以较好的表现ph与碳点溶液荧光强度之间的关系，也能说明两者之间的线性关系较为贴合。
73.4.4温度对碳量子点溶液荧光性能的影响
74.为了考察溶液温度为10℃，20℃，30℃，40℃时的荧光强度变化，经研究发现碳量子点溶液的荧光强度同样受温度的影响，见图10。可以得出所制得的碳点溶液对温度较为敏感，随着温度的升高碳量子点的荧光强度降低，因此在荧光实验中要考虑温度的影响，否则会使得实验测得的结果不准确。值得一提的是当溶液由较高温度冷却到较低温度后荧光强度也差不多恢复到原来的强度水平。
75.同时，针对温度对碳量子点荧光性能的影响，进行了循环测试，得到碳点的荧光强度经过多次温度循环后仍具有可恢复性，说明碳量子点的结构在温度变化后并未发生变化，荧光强度是可逆的，因此制备所得碳量子点溶液具有良好的热稳定性。
76.4.5碳量子点溶液的荧光稳定性
77.随着时间的变化，碳量子点的荧光强度也会发生变化。为了探究本技术制备的碳量子点的荧光性能随着时间的变化情况，做了碳量子点溶液的荧光强度与时间的关系的实验，分别测试了碳量子点在0d、1d、2d、3d、4d、5d、6d、7d后的荧光强度，图11为碳量子点溶液的荧光强度与时间的关系图，从图11中可知，当时间为0～5d时，碳点溶液的荧光强度呈现缓慢下降的趋势，在5d以后，碳点溶液的荧光强度基本保持不变，荧光强度大约为原来0d时的95％。可见，碳点溶液的荧光强度随时间基本保持不变，是基本稳定的。
78.4.6硅烷修饰碳量子点的荧光量子产率
79.4.6.1碳量子点荧光产率的测定
80.碳量子点溶液的荧光量子产率采用参比法测定，先配置1mol/l的硫酸，再称取少量的硫酸奎宁溶解到硫酸中，测得其吸光度为0.14，通过不断调节硫酸奎宁用量，将该溶液的吸光度稳定在0.05以下，本实验准确测量值为0.04。再调节碳量子点溶液的浓度，使其吸光度同样稳定在0.05以下，测量值为0.04。在350nm激发波长条件下，依次测定奎宁半硫酸盐和碳点溶液的荧光强度，所得结果为:奎宁半硫酸盐溶液荧光强度为72，碳点溶液的荧光强度为91，测得奎宁半硫酸盐溶液在350nm激发波长下荧光量子产率为0.54，将上述数据代入公式中计算得到硅烷修饰碳量子点溶液的荧光量子产率为46％。
81.4.6.2反应条件对碳量子点溶液荧光产率的影响
82.1)反应物配比对碳点溶液荧光产率的影响
83.首先，为了考察反应物的配比对实验的影响，设计实验的反应温度为140℃，反应时间为4h，保持kh792的30ml量不变，以柠檬酸的加入量和是否加入乙醇为变量，实验结如
表1所示，通过对比不同配比的荧光量子产率可发现，当柠檬酸的添加量为1g，且加入乙醇时的荧光量子产率最高，为37％。在本实验中，当乙醇加入时，荧光产率会提高，是因为柠檬酸不能很好地溶于硅烷偶联剂中，不能使反应物充分接触反应完全，因此，乙醇的作用是作为柠檬酸的溶剂和硅烷偶联剂混合，使反应物完全接触。
84.表1不同反应物配比对荧光产率的影响
[0085][0086]
2)反应时间对碳点溶液荧光产率的影响
[0087]
反应时间会影响反应的程度，从而使得产物的荧光效率发生变化。将1g柠檬酸用30ml乙醇溶解，再与30ml的kh792混合，加入到100ml聚四氟乙烯内胆中，反应温度140℃，反应时间按0.5h、1h、2h、3h、4h、6h、12h进行实验，来探究反应时间对荧光产率的影响，结果见图12。可知，在140℃条件下，0.5h的反应时间生成的碳点溶液就能有15％的荧光产率，这说明时间对产物荧光效率的影响较小。当延长反应时间后，产物的荧光效率呈现一种先增大后减小的趋势，顶点是4h，荧光效率为46％，这说明随着时间的延长，反应的程度也会增加，当到达4h后，反应程度较为完全，之后再延长反应时间，反而会使得碳量子点有团聚现象出现，使得其尺寸增大，荧光效率变低。
[0088]
3)反应温度对碳点溶液荧光产率的影响
[0089]
温度是影响合成碳量子点荧光产率的最主要因素，通过控制反应的温度来控制反应物的碳化程度，影响荧光产率。采用跟上述用量相同的反应物，反应时间4h，反应温度分别设置为110℃、120℃、130℃、140℃、150℃进行实验。实验结果如图13所示，当温度为110℃时，反应物碳化程度很低，荧光产率也就很低，随着温度的增加，反应物碳化程度越来越高，到140℃到达最大，荧光量子产率最高。当温度继续升高，同样会使得碳量子点尺寸增大，荧光效率降低。
[0090]
实施例2
[0091]
碳量子点的荧光性与模拟油品中金属离子、酸值之间的关系
[0092]
1、碳量子点添加量的选择
[0093]
因为实际应用中的油品成分较为复杂，因此采用基础油聚乙二醇400作代替做模拟实验。用移液枪移取10ml的聚乙二醇400到10ml透明螺口玻璃瓶中，分别向其中加入100μl、200μl、400μl、600μl、800μl实施例1稀释好的碳量子点溶液，在10mm光程的四通石英比色皿中加入3ml的上述混合液，设置激发波长为370nm，测定样品中的荧光发射光谱的峰强度。
[0094]
2、金属离子的检测
[0095]
为了模拟实际油品经过使用后形成的金属离子，根据一般的gcr15高碳铬轴承钢
里的金属元素，选择了fe
3
、cu
2
、cr
3
、mn
2
、ni
2
共计5种金属离子在激发波长为370nm处来对碳量子点的荧光性的影响测试。
[0096]
先配置1mmol/l的fe
3
、cu
2
、cr
3
、mn
2
、ni
2
的溶液，再分别将各个金属离子溶液稀释到浓度为1μm、5μm、10μm、20μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、400μm、600μm、800μm、1000μm，并将其保存。量取10ml的聚乙二醇400放入到10ml透明螺口玻璃瓶中，再向其中加入200μl实施例1稀释好的碳量子点溶液，摇晃均匀，然后再加入200μl的各种浓度的各个金属离子溶液并摇晃均匀，等待2h后再做荧光测试。在10mm光程的四通石英比色皿中加入3ml的上述混合液，设置激发波长为370nm，测定样品中的荧光发射光谱的峰强度，根据添加的不同浓度的金属离子溶液的荧光强度的溶液与浓度之间的关系作出关系图。
[0097]
3、油品酸值的检测
[0098]
所谓的酸值指的是油品中呈现酸性的物质被中和所用的氢氧化钾的量，用mgkoh/g表示。因此，它的定义表示为润滑油品中呈酸性物质的总量。这些油品中产生的酸性物质对机械都会产生不同程度的腐蚀。除此之外，润滑油在保存和使用的过程中被氧化产生的变质，酸值也同样会渐渐变大，对于在使用的润滑油，当酸值的数值大到一个特定值时，就必须换掉。但是由于使用过的油品中酸性物质过于复杂，所以用乙酸来代替其来模拟实验。
[0099]
量取10ml的聚乙二醇400放入到10ml透明螺口玻璃瓶中，再向其中加入200μl碳量子点溶液，摇晃均匀，然后再加入200μl、400μl、600μl、800μl、1ml的乙酸，摇晃均匀等待2h后再做荧光测试；在10mm光程的四通石英比色皿中加入3ml的上述混合液，设置激发波长为370nm，测定样品中的荧光发射光谱的峰强度，根据不同添加量的乙酸与荧光强度的关系作出关系图。
[0100]
4、碳量子点添加量的选择
[0101]
为了找到一个合适的碳量子点添加量使其在荧光光谱仪上有合适的荧光强度以及在聚乙二醇400中可以很好地显示荧光强度与离子浓度之间的关系，做了碳量子点添加量的选择实验。
[0102]
从图14中可知，碳量子点的添加量与其在聚乙二醇400中的荧光强度之间呈现良好的线性关系，相关系数为0.99253，说明碳量子点在其中发光稳定，不会因为添加量的多少而发生聚合或其他反应使其在高浓度时失去荧光或降低荧光强度，荧光强度会随着添加量的增加呈现稳步线性增大的趋势。同时，由于要检测的金属离子浓度较低，当荧光强度过高时，加入金属离子可能会使得变化率过小，而若是添加量过低，则可能会使得溶液在较高浓度时荧光完全消失，使测量结果不准，因此决定使用碳量子点添加的量为200μl。
[0103]
图15为聚乙二醇400和添加了碳量子点的聚乙二醇的傅里叶红外变换光谱图，从图15中可知，二者的红外光谱图极为相似，唯一不同的是添加了碳量子点的溶液在2905cm
‑1处有一个小峰凸起，这是
‑
nh2的伸缩震动峰，但由于添加量相比于溶剂来说太小，所以峰不明显。这表示添加碳量子点后，聚乙二醇400的结构没有被破坏，不会影响它的使用。
[0104]
5、碳量子点的荧光性与各种金属离子之间的关系
[0105]
根据stern
‑
volmer方程(i0/i)
‑
1＝k
sv
c
[84]
拟合得到的荧光猝灭标准曲线。i0：未添加重金属离子时碳量子点荧光强度；i：分别加入不同浓度的重金属离子后碳量子点的荧光强度；c：加入的重金属离子的浓度；k
sv
：淬灭常数(l/mol)。
[0106]
5.1不同浓度fe
3
对碳量子点荧光强度的影响
[0107]
图16为不同浓度fe
3
对碳量子点荧光强度的影响拟合曲线图，(a)1μm～1mm，(b)1μm～100μm，(c)200μm～1000μm。如图16a所示，在cqds的聚乙二醇400溶液中，当加入的fe
3
浓度不断增大时，整个溶液的荧光强度逐渐降低，对其整个的数据进行线性拟合后，得到在1μm～1mm之间fe
3
与碳量子点溶液之间的关系曲线方程为y＝
‑
0.06582x 111.87475，线性相关系数为r2＝0.91801，线性关系较好，但是观察到，当加入较低浓度的fe
3
溶液时，该cqds的荧光强度下降的幅度较大；当加入较高浓度的fe
3
溶液时，该cqds的荧光强度下降的幅度较小，于是进行分段拟合，在1μm～100μm之间进行一次线性拟合，当重金属离子由浓度从小到大的顺序加入碳量子点溶液时，其荧光强度逐渐降低，并且呈现很好的线性关系，得到在1μm～100μm之间fe
3
与碳量子点溶液之间的关系曲线方程为y＝
‑
0.22687x 119.52458，线性相关系数为r2＝0.96667；在200μm～1000μm之间再一次进行线性拟合，当重金属离子由浓度从小到大的顺序加入碳量子点溶液时，其荧光强度逐渐降低，并且呈现很好的线性关系，得到在200μm～1000μm之间fe
3
与碳量子点溶液之间的关系曲线方程为y＝
‑
0.05499x 105.90959，线性相关系数为r2＝0.9173。根据stern
‑
volmer方程计算得到在1μm～100μm之间的猝灭常数为22687，在200μm～1000μm之间的猝灭常数为5499。这一结果说明该cqds可以作为检测fe
3
的荧光探针，且检测较为准确，可以对重金属离子进行检测。
[0108]
5.2不同浓度mn
2
对碳量子点荧光强度的影响
[0109]
图17为不同浓度mn
2
对碳量子点荧光强度的影响拟合曲线图，(a)1μm～1mm，(b)1μm～100μm，(c)200μm～1000μm。如图17所示，在cqds的聚乙二醇溶液中，当加入的mn
2
浓度不断增大时，整个溶液的荧光强度逐渐降低，对其整个的数据进行线性拟合后，得到在1μm～1mm之间mn
2
与碳量子点溶液之间的关系曲线方程为y＝
‑
0.02175x 118.62583，线性相关系数为r2＝0.83725，线性关系较好，但是观察到，当加入较低浓度的mn
2
溶液时，该cqds的荧光强度下降的幅度较大；当加入较高浓度的mn
2
溶液时，该cqds的荧光强度下降的幅度较小，于是进行分段拟合，在1μm～100μm之间进行一次线性拟合(图17b)，当重金属离子由浓度从小到大的顺序加入碳量子点溶液时，其荧光强度逐渐降低，但线性关系并不好，得到在1μm～100μm之间mn
2
与碳量子点溶液之间的关系曲线方程为y＝
‑
0.07719x 120.77427，线性相关系数为r2＝0.48064；在100μm～1000μm之间再一次进行线性拟合(图17c)，当重金属离子由浓度从小到大的顺序加入碳量子点溶液时，其荧光强度逐渐降低，并且呈现很好的线性关系，得到在100μm～1000μm之间mn
2
与碳量子点溶液之间的关系曲线方程为y＝
‑
0.02129x 118.49863，线性相关系数为r2＝0.87797。根据stern
‑
volmer方程计算得到在1μm～100μm之间的猝灭常数为7719，在200μm～1000μm之间的猝灭常数为2129。这一结果说明该cqds在低浓度时不能作为检测mn
2
的荧光探针，高浓度时可以作为检测mn
2
的荧光探针，但检测结果不够准确，效果达不到理想状态下对重金属离子的检测。
[0110]
5.3不同浓度cu
2
对碳量子点荧光强度的影响
[0111]
图18为不同浓度cu
2
对碳量子点荧光强度的影响拟合曲线图，(a)1μm～1mm，(b)1μm～100μm，(c)200μm～1000μm。如图18a所示，在cqds的聚乙二醇溶液中，当加入的cu
2
浓度不断增大时，整个溶液的荧光强度逐渐降低，对其整个的数据进行线性拟合后，得到在1μm～1mm之间cu
2
与碳量子点溶液之间的关系曲线方程为y＝
‑
0.04416x 106.40369，线性相关系数为r2＝0.58639，线性关系较差，但是观察到，当加入较低浓度的cu
2
溶液时，该cqds的荧光强度下降的幅度较大；当加入较高浓度的cu
2
溶液时，该cqds的荧光强度下降的幅度较
小，于是进行分段拟合，在1μm～100μm之间进行一次线性拟合(图18b)，当重金属离子由浓度从小到大的顺序加入碳量子点溶液时，其荧光强度逐渐降低，并且呈现很好的线性关系，得到在1μm～100μm之间cu
2
与碳量子点溶液之间的关系曲线方程为y＝
‑
0.3382x 121.28889，线性相关系数为r2＝0.89111；在200μm～1000μm之间再一次进行线性拟合(图18c)，当重金属离子由浓度从小到大的顺序加入碳量子点溶液时，其荧光强度逐渐降低，并且呈现很好的线性关系，得到在200μm～1000μm之间cu
2
与碳量子点溶液之间的关系曲线方程为y＝
‑
0.01805x 89.16164，线性相关系数为r2＝0.81461。根据stern
‑
volmer方程计算得到在1μm～100μm之间的猝灭常数为33820，在200μm～1000μm之间的猝灭常数为1805。这一结果说明该cqds可以作为检测cu
2
的荧光探针，但检测结果不够准确，效果达不到理想状态下对重金属离子的检测。
[0112]
5.4不同浓度cr
3
对碳量子点荧光强度的影响
[0113]
图19为不同浓度cr
3
对碳量子点荧光强度的影响拟合曲线图，(a)1μm～1mm，(b)1μm～100μm，(c)200μm～1000μm。如图19a所示，在cqds的聚乙二醇400溶液中，当加入的cr
3
浓度不断增大时，整个溶液的荧光强度逐渐降低，对其整个的数据进行线性拟合后，得到在1μm～1mm之间cr
2
与碳量子点溶液之间的关系曲线方程为y＝
‑
0.03459 116.92512，线性相关系数为r2＝0.62136，线性关系较差，但是观察到，当加入较低浓度的cr
3
溶液时，该cqds的荧光强度下降的幅度较大；当加入较高浓度的cr
3
溶液时，该cqds的荧光强度下降的幅度较小，于是进行分段拟合，在1μm～100μm之间进行一次线性拟合(图19b)，当重金属离子由浓度从小到大的顺序加入碳量子点溶液时，其荧光强度逐渐降低，并且呈现很好的线性关系，得到在1μm～100μm之间cr
3
与碳量子点溶液之间的关系曲线方程为y＝
‑
0.22223x 129.95106，线性相关系数为r2＝0.74583；在200μm～1000μm之间再一次进行线性拟合(图19c)，当重金属离子由浓度从小到大的顺序加入碳量子点溶液时，其荧光强度逐渐降低，并且呈现很好的线性关系，得到在200μm～1000μm之间cr
3
与碳量子点溶液之间的关系曲线方程为y＝
‑
0.01523 103.53699，线性相关系数为r2＝0.73391。根据stern
‑
volmer方程计算得到在1μm～100μm之间的猝灭常数为22223，在200μm～1000μm之间的猝灭常数为1523。这一结果说明该cqds不可以作为检测cr
3
的荧光探针。
[0114]
5.5不同浓度ni
2
对碳量子点荧光强度的影响
[0115]
图20为不同浓度ni
2
对碳量子点荧光强度的影响拟合曲线图，(a)1μm～1mm，(b)1μm～100μm，(c)200μm～1000μm。如图20a所示，在cqds的聚乙二醇溶液中，当加入的ni
2
浓度不断增大时，整个溶液的荧光强度逐渐降低，对其整个的数据进行线性拟合后，得到在1μm～1mm之间ni
2
与碳量子溶液之间的关系曲线方程为y＝
‑
0.05546x 118.48074，线性相关系数为r2＝0.81438，线性关系较好，但是观察到，当加入较低浓度的ni
2
溶液时，该cqds的荧光强度下降的幅度较大；当加入较高浓度的ni
2
溶液时，该cqds的荧光强度下降的幅度较小，于是我们对该项数据进行分段拟合，在1μm～100μm之间进行一次线性拟合(图20b)，当重金属离子由浓度从小到大的顺序加入碳量子点溶液时，其荧光强度逐渐降低，并且呈现很好的线性关系，得到在1μm～100μm之间ni
2
与碳量子点溶液之间的关系曲线方程为y＝
‑
0.21864x 126.24406，线性相关系数为r2＝0.84939；在200μm～1000μm之间再一次进行线性拟合(图20c)，当重金属离子由浓度从小到大的顺序加入碳量子点溶液时，其荧光强度逐渐降低，并且呈现很好的线性关系，得到在200μm～1000μm之间ni
2
与碳量子点溶液之间的
关系曲线方程为y＝
‑
0.03808 106.34247，线性相关系数为r2＝0.93665。根据stern
‑
volmer方程计算得到在1μm～100μm之间的猝灭常数为2186，在200μm～1000μm之间的猝灭常数为3808。这一结果说明该cqds在低浓度时作为荧光探针检测ni
2
的效果不够准确，在高浓度时检测结果较为准确。
[0116]
6、碳量子点的荧光性与酸值之间的关系
[0117]
酸值表示的是油品的氧化程度。酸值过高，一是容易腐蚀机器，二是使油品变质，都会降低机器的使用寿命，因此，润滑油酸值的检测也是十分重要的。
[0118]
图21为不同添加量乙酸对碳量子点荧光强度的影响，从图21a中可知，在cqds的聚乙二醇溶液中，当加入的乙酸的量不断增大时，整个溶液的荧光强度逐渐降低。同时根据图21b可以看出添加乙酸之后荧光峰有些许的红移，这是因为加入乙酸之后，整个溶液由无色转变为黄色，在荧光下呈现偏绿色。对其整个的数据进行线性拟合后，得到在0～1ml添加量之间乙酸与碳量子点溶液之间的关系曲线方程为y＝
‑
0.4914x 121.5713，线性相关系数为r2＝0.97857，线性关系较好。经计算，猝灭常数为4914，这一结果说明制备的cqds可以作为检测聚乙二醇中酸性物质的荧光探针，且检测结果较为准确。
[0119]
实施例3
[0120]
基于实施例2的研究结果，本发明快速荧光检测润滑油老化程度的方法主要步骤如下：
[0121]
1)、金属离子的浓度与碳量子点的荧光强度之间线性关系的确定
[0122]
先配置1mmol/l的fe
3
、ni
2
的溶液，再分别将其稀释到浓度为1μm、5μm、10μm、20μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、400μm、600μm、800μm、1000μm，并将其保存；
[0123]
量取10ml的聚乙二醇400放入到10ml透明螺口玻璃瓶中，再向其中加入200μl碳量子点溶液(实施例1稀释好的，下同)，摇晃均匀，然后再加入200μl的各种浓度的各个金属离子溶液并摇晃均匀，等待2h后再做荧光测试；
[0124]
在10mm光程的四通石英比色皿中加入3ml的上述混合液，设置激发波长为370nm，测定样品中的荧光发射光谱的峰强度，根据不同浓度的金属离子溶液与荧光强度的关系作出关系图；
[0125]
2)、模拟酸的浓度与碳量子点的荧光强度之间线性关系的确定
[0126]
量取10ml的聚乙二醇400放入到10ml透明螺口玻璃瓶中，再向其中加入200μl碳量子点溶液，摇晃均匀，然后再加入200μl、400μl、600μl、800μl、1ml的乙酸，摇晃均匀等待2h后再做荧光测试；
[0127]
在10mm光程的四通石英比色皿中加入3ml的上述混合液，设置激发波长为370nm，测定样品中的荧光发射光谱的峰强度，根据不同添加量的乙酸与荧光强度的关系作出关系图；
[0128]
3)、已用润滑油的检测
[0129]
向10ml的待测的已用润滑油中添加200μl碳量子点溶液，在荧光光谱仪中测定荧光强度，通过对比前述步骤2)和步骤3)获得的线性关系，计算出待测润滑油中金属离子浓度以及酸值，从而综合判断润滑油的老化程度；
[0130]
4)、更换提示
[0131]
设置润滑油老化更换阈值，当待测润滑油的金属离子浓度以及酸值达到该阈值
时，提示更换润滑油。
[0132]
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。