熱解吸—氣質聯用技術在車內揮發性有機物檢測中的應用

隨著我國汽車工業的發展壯大以及國內經濟持續穩定發展，汽車作為一種消費品也逐漸進入到更多的家庭中，給人們的生活帶來了方便，但汽車車內空氣污染對人體健康的影響也引起人們的普遍重視。 
　　揮發性有機物（VOC）是造成車內空氣污染的主要原因，主要包括甲醛、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、氯代烴等。這些有機物主要是從汽車內飾材料中釋放出來的，如皮革、織物、塑料、木材、膠水粘合劑等。本文針對汽車內飾材料中的VOC，闡述了各國對車內VOC檢測方法的概況，及熱解吸-氣相色譜質譜聯用技術車內VOC檢測中的應用進展。 
　　1 各國汽車內飾材料VOC檢測方法 
　　車內VOC的污染要從源頭內飾材料控制起，因此一些國家和汽車制定了一些關于控制汽車內飾材料VOC的檢測方法。 
　　到目前為止還沒有一個統一的檢測標準，其中以歐美和日本的檢測標準為成熟。我國也制定了相應的整車測試標準，于2008年開始實施HJ/T 400—2007《車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》，并于2012年開始實施GB/T 27630《乘用車內空氣質量評價指南》。該指南規定了汽車車內空氣中的苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛和bin烯醛共8種物質的限值要求。由于車內空氣中的VOC都是由汽車內飾件揮發而來的，因而要想整車車內空氣滿足標準要求，就必須對內飾材料的VOC揮發進行管控，但目前國內對整車VOC的檢測已經發布相關標準，而對非金屬零部件的VOC檢測尚無相關標準，國內對非金屬零部件的VOC檢測方法不統一。縱觀國外的相關標準，汽車內飾材料的VOC測試根據不同采樣方式，主要有日系袋子法、歐系VDA法和VOC整車測試三大類，其區別如表1所示。 
　　袋子法可以體現零件/總成的揮發量，便于較為直觀地體現各零件對整車污染的貢獻比例。豐田、日產、本田均采用袋子法測VOC，要求各不相同，是目前測定部件、材料VOC較完善的方法。大眾、通用等歐美車系目前的方法主要是借鑒VDA方法進行VOC測試。 其中氣候箱法能夠檢測的試驗項目是多的，同時可以實現在線檢測，但氣候箱法是VDA法中成本高的。頂空法和熱解析法是歐美汽車企業測試揮發性有機物的常用方法：頂空法采樣 、檢測過程簡單，成本低，但不能同時測得醛/酮類物質的含量。熱解析法既可以測試整車車內 VOC，又可以測試內飾件的 VOC 含量，而且熱解吸管可以重復使用，節約了設備采購成本。因此，該方法的測試成本較低，適合大批量試驗樣品的檢測和分析，但是檢測結果的代表性和一致性要比頂空法稍差。國內車系測定VOC采用方法主要是借鑒袋子法和VDA法。 
　　總結上述5種方法，VOC測試方法[2]主要有：容器采樣-氣相色譜法[3-7]、固相吸附-溶劑萃取-液相色譜法[8-9]、固相吸附-熱解吸-氣相色譜質譜法[10-11]。這三種檢測方法對比情況如表2所示。 
　　2 熱解吸-氣質聯用技術 
　　熱解吸即被吸附于界面（固體吸附劑）的物質，在一定溫度和載氣流速下，離逸界面（吸附劑）重新進入體相的過程，也稱熱脫附，是一種無溶劑、干凈、通用、高靈敏度的樣品前處理技術。而熱解吸-氣質聯用技術是將固體、液體、氣體樣品或吸附有待測物的吸附管置于熱解吸裝置中，當裝置升溫時，揮發性、半揮發性組分從被解吸物中釋放出來，通過惰性載氣帶著待測物進入GC-MS分析的一種技術。 
　　隨著人們對車內環境的高度關注，熱解吸-氣質聯用技術在車內VOC檢測中得到了廣泛應用。Grabbs [12]等用GC-MS測定了新車內VOC總量，YOU Ke-wei[13]等采用TD-GC-MS法測定了新車與舊車在靜態條件下車內VOC的含量。Faber [14]等采用TD-GC-FID/MS法測定了新車車內VOC含量，指出車內空氣主要由內飾材料決定。趙壽堂[15]等用熱脫附-氣相色譜質譜對車內VOCs進行分析，研究汽車處于靜止狀態下VOCs的組成特征及其濃度水平。石騰龍[16]等采用熱脫附-氣相-質譜聯用技術對三種不同校車的車內VOC進行研究。吳潔珊[17]等建立了汽車內部裝飾材料中揮發性苯系物的熱脫附-氣相色譜-質譜檢測方法。楊欣卉[18]等建立了熱解吸吹掃捕集-氣相色譜-質譜聯用測定汽車裝飾用皮革材料中6種揮發性化合物的分析方法。付鐵強[19]等基于環境行業標準HJ/T 400—2007的試驗方法，測試了不同檔次乘用車車內污染物含量，結果顯示不同污染物的平均濃度隨車輛檔次的變化趨勢不同，同一型號車輛污染物的種類基本相同，但隨著時間的推移，車內污染物總量明顯下降。 
　　3 車內VOC檢測方法趨勢 
　　目前，測量車內VOC的主要方法有液相色譜法和氣相色譜質譜法，這些方法存在著一定的局限性：樣品分析檢測具有滯后性；復雜樣品預處理耗時費力，需要消耗的樣品和試劑，易發生交叉污染導致檢測結果發生偏差；檢測費用高。隨著各種現代化、智能化分析儀器和聯用技術的發展，快速地對樣品做出判斷已漸成趨勢。因此，車內VOC在線監測技術的研究和相關儀器的開發就顯得迫在眉睫[20-21]。近年來，在線監測方法[22]的研究，如激光光譜技術[23-25]、膜萃取氣相色譜技術[26]、飛行時間質譜技術[27]、傅里葉變換紅外光譜技術[28]、質子轉移反應質譜技術[29-30]等已取得了一定的成績。目前開發的一些在線監測設備由于存在價格較高、體積較大、操作和維護困難等缺點，很大程度上限制了其在實際工作中的廣泛應用。但是隨著科技的不斷，相信便攜式在線監測設備肯定會在不久的將來被成功地開發出來，并得到廣泛的應用。4 結論 
　　對揮發性有機化合物的檢測必須綜合考慮整車、內飾件和非金屬材料等因素。揮發性有機化合物檢測屬于微量檢測范疇，在目前國內缺少高潔凈度采樣艙的情況下，采用熱解吸-氣相色譜質譜法和液相色譜法檢測汽車內飾件和非金屬材料的揮發性有機化合物是一種科學和經濟的辦法。