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热解吸—气质联用技术在车内挥发性有机物检测中的应用

点击次数:1145 发布时间:2016-07-15

随着我国汽车工业的发展壮大以及国内经济持续稳定发展,汽车作为一种消费品也逐渐进入到更多的家庭中,给人们的生活带来了方便,但汽车车内空气污染对人体健康的影响也引起人们的普遍重视。 
  挥发性有机物(VOC)是造成车内空气污染的主要原因,主要包括甲醛、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、氯代烃等。这些有机物主要是从汽车内饰材料中释放出来的,如皮革、织物、塑料、木材、胶水粘合剂等。本文针对汽车内饰材料中的VOC,阐述了各国对车内VOC检测方法的概况,及热解吸-气相色谱质谱联用技术车内VOC检测中的应用进展。 
  1 各国汽车内饰材料VOC检测方法 
  车内VOC的污染要从源头内饰材料控制起,因此一些国家和汽车制造商制定了一些关于控制汽车内饰材料VOC的检测方法。 
  到目前为止还没有一个统一的检测标准,其中以欧美和日本的检测标准为成熟。我国也制定了相应的整车测试标准,于2008年开始实施HJ/T 400—2007《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》,并于2012年开始实施GB/T 27630《乘用车内空气质量评价指南》。该指南规定了汽车车内空气中的苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛和bin烯醛共8种物质的限值要求。由于车内空气中的VOC都是由汽车内饰件挥发而来的,因而要想保证整车车内空气满足标准要求,就必须对内饰材料的VOC挥发进行管控,但目前国内对整车VOC的检测已经发布相关标准,而对非金属零部件的VOC检测尚无相关标准,国内对非金属零部件的VOC检测方法不统一。纵观国外的相关标准,汽车内饰材料的VOC测试根据不同采样方式,主要有日系袋子法、欧系VDA法和VOC整车测试三大类,其区别如表1所示。 
  袋子法可以体现零件/总成的挥发量,便于较为直观地体现各零件对整车污染的贡献比例。丰田、日产、本田均采用袋子法测VOC,要求各不相同,是目前测定部件、材料VOC较完善的方法。大众、通用等欧美车系目前的方法主要是借鉴VDA方法进行VOC测试。 其中气候箱法能够检测的试验项目是多的,同时可以实现在线检测,但气候箱法是VDA法中成本高的。顶空法和热解析法是欧美汽车企业测试挥发性有机物的常用方法:顶空法采样 、检测过程简单,成本低,但不能同时测得醛/酮类物质的含量。热解析法既可以测试整车车内 VOC,又可以测试内饰件的 VOC 含量,而且热解吸管可以重复使用,节约了设备采购成本。因此,该方法的测试成本较低,适合大批量试验样品的检测和分析,但是检测结果的代表性和一致性要比顶空法稍差。国内车系测定VOC采用方法主要是借鉴袋子法和VDA法。 
  总结上述5种方法,VOC测试方法[2]主要有:容器采样-气相色谱法[3-7]、固相吸附-溶剂萃取-液相色谱法[8-9]、固相吸附-热解吸-气相色谱质谱法[10-11]。这三种检测方法对比情况如表2所示。 
  2 热解吸-气质联用技术 
  热解吸即被吸附于界面(固体吸附剂)的物质,在一定温度和载气流速下,离逸界面(吸附剂)重新进入体相的过程,也称热脱附,是一种无溶剂、干净、通用、高灵敏度的样品前处理技术。而热解吸-气质联用技术是将固体、液体、气体样品或吸附有待测物的吸附管置于热解吸装置中,当装置升温时,挥发性、半挥发性组分从被解吸物中释放出来,通过惰性载气带着待测物进入GC-MS分析的一种技术。 
  随着人们对车内环境的高度关注,热解吸-气质联用技术在车内VOC检测中得到了广泛应用。Grabbs [12]等用GC-MS测定了新车内VOC总量,YOU Ke-wei[13]等采用TD-GC-MS法测定了新车与旧车在静态条件下车内VOC的含量。Faber [14]等采用TD-GC-FID/MS法测定了新车车内VOC含量,指出车内空气主要由内饰材料决定。赵寿堂[15]等用热脱附-气相色谱质谱对车内VOCs进行分析,研究汽车处于静止状态下VOCs的组成特征及其浓度水平。石腾龙[16]等采用热脱附-气相-质谱联用技术对三种不同校车的车内VOC进行研究。吴洁珊[17]等建立了汽车内部装饰材料中挥发性苯系物的热脱附-气相色谱-质谱检测方法。杨欣卉[18]等建立了热解吸吹扫捕集-气相色谱-质谱联用测定汽车装饰用皮革材料中6种挥发性化合物的分析方法。付铁强[19]等基于环境行业标准HJ/T 400—2007的试验方法,测试了不同档次乘用车车内污染物含量,结果显示不同污染物的平均浓度随车辆档次的变化趋势不同,同一型号车辆污染物的种类基本相同,但随着时间的推移,车内污染物总量明显下降。 
  3 车内VOC检测方法趋势 
  目前,测量车内VOC的主要方法有液相色谱法和气相色谱质谱法,这些方法存在着一定的局限性:样品分析检测具有滞后性;复杂样品预处理耗时费力,需要消耗大量的样品和试剂,易发生交叉污染导致检测结果发生偏差;检测费用高。随着各种现代化、智能化分析仪器和联用技术的发展,快速地对样品做出准确判断已渐成趋势。因此,车内VOC在线监测技术的研究和相关仪器的开发就显得迫在眉睫[20-21]。近年来,在线监测方法[22]的研究,如激光光谱技术[23-25]、膜萃取气相色谱技术[26]、飞行时间质谱技术[27]、傅里叶变换红外光谱技术[28]、质子转移反应质谱技术[29-30]等已取得了一定的成绩。目前开发的一些在线监测设备由于存在价格较高、体积较大、操作和维护困难等缺点,很大程度上限制了其在实际工作中的广泛应用。但是随着科技的不断进步,相信便携式在线监测设备肯定会在不久的将来被成功地开发出来,并得到广泛的应用。4 结论 
  对挥发性有机化合物的检测必须综合考虑整车、内饰件和非金属材料等因素。挥发性有机化合物检测属于超微量检测范畴,在目前国内缺少高洁净度采样舱的情况下,采用热解吸-气相色谱质谱法和液相色谱法检测汽车内饰件和非金属材料的挥发性有机化合物是一种科学和经济的办法。 

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