成分分析及GC-O耦合联用对座椅坐垫材料气味评价与改善的实验探索

王焰孟，李晓健，胡俊艳，姚 谦，刘洪汝，武金娜，王 崇

（中国汽车技术研究中心有限公司 天津300300）

汽车已经成为现代人生活过程中不可或缺的一部分。中国产业信息网发布的《2015—2020年中国汽车整车制造市场评估及投资前景预测报告》显示：2015年 6月，我国汽车保有量突破了 1.63亿辆，保有量已经仅次于美国，成为全球第二。

然而随着汽车工业的迅猛发展也出现了诸多问题。某研究机构在 2015年发布的中国新车质量研究报告指出，汽车空气污染问题成为汽车消费者对于汽车问题反馈的一个热点，车内有令人不愉快的气味成为 2015年最频繁出现和最严重的问题。据中国汽车投诉网统计数据显示，2015年该网站共收到涉及车内异味的投诉95宗，呈现逐年累增的趋势。

气味已经受到来自整车生产企业及消费者的广泛关注，如何从复杂的车内环境中辨别出导致车内异味的内饰总成，进而对整车车内空气质量进行提升，成为一项急需解决的重大问题。本文将基于 T/CMIF 12—2016《汽车零部件及材料的气味评价规范》[1]对材料进行评价，并从成分分析及GC-O 2个方面出发，提出采用成分分析及GC-O耦合联用的方法对零部件气味进行改善提升。

1 实验部分

1.1 气相色谱质谱联用仪-嗅觉测量法（Gas Chromatography-Olfactometry）

GC-O是一种从复杂的混合气体混合物中识别导致气味成分的方法，该方法最早是由Fuller等科学家提出的，当时为直接嗅辨气相色谱毛细管柱的流出组分这种最简单的形式。科技发展到现在，普通GC-O工作原理如图1所示。首先由TENAX采样管对零部件总成进行富集采样；第二步进行上机脱附进气相色谱-质谱联用仪分析，经过气相色谱分离之后的气体，一路进入质谱检测器进行定性定量分析，另一路进入嗅觉计，由经过训练的评价人员进行评价，并给出物质对应等级及气味类型的描述，供后续结果分析，其中评价人员的鼻子起到了检测器的作用。相较于直接对样品进行评价，采用GC-O分析具有以下优势：对零部件总成进行气味评价得到的是各气味分子综合作用之后的气味结果，所得结果是一个综合之后的值，采用GC-O进行分析可以得出各气味分子所对应气味-气味类型及所对应气味等级；对零部件进行气味评价得到的综合结果可以直接评价该零部件总成的气味水平，若要提升该总成气味水平则无从下手，采用GC-O进行分析可以得出在所有气味分子中气味较大，并且和总成气味类似的气味成分，可以目标性削减该气味成分来提升总成气味水平。

图1 GC-O工作原理图Fig.1 Principle of operation of GC-O

1.2 成分分析

成分分析是一种通过 FTIR傅氏转换红外线光谱分析仪、EDS元素分析、GC-MS气相色谱质谱联用仪、TGA热重分析仪等设备，对样品进行多维度分析，最终得到关于产品成分信息的一种分析方法。

1.3 设备信息

零部件袋式法试验舱，体积 12m³；热脱附气相色谱质谱联用仪（TD-GC-MS）TDS-7890B-5977A，生产厂家 Gerstel&Agilent；嗅觉计 ODP3，生产厂家Gerstel；采样泵，规格 0.1～1L/min，生产厂家岛津。Tenax TA填料，不锈钢或玻璃材质，尺寸：Gerstel（外径 6mm，内径 4mm）/Markes（外径 6.35mm，内径4mm）。

1.4 样品信息

某厂家生产座椅及座椅坐垫发泡材料，用于标准样品管的制备。

1.5 试验方法

1.5.1 样品预处理

所测试样件即座椅及座椅坐垫发泡材料需满足下线时间在 15d以内，在运输及储存过程中需用 2层铝箔包裹并用 PE袋密封，避免阳光直射。样品到达实验室后，应保持其原包装并在（23±2）℃、（50%±10%）RH的恒温恒湿环境中存放24h后才能开展测试。主要为保证样品在开始测试之前均处于一个相同的状态，以保证从同一个散发基准点开始进行测试。

1.5.2 GC-O及GC-MS试验方法

GC：载气为氦气，柱流量2.29mL/min。升温程序40℃（5min）—3℃/min—92℃—5℃/min—160℃—10℃/min—280℃（10min）。

MS：溶剂切除时间 3min；离子源温度 230℃；检测器温度 150℃；扫描方式 SCAN；扫描范围33～550amu；电子轰击能量 70eV[2-3]。

GC-O：每次测试采用3根GC-O嗅辨管，嗅觉计与质谱的分流比为 2∶1，每个评价样品由 3位受过专业训练的气味评价人员进行，在进行GC-O试验过程中需要气味评价人员时刻保持聚焦的精神状态。为缓解气味评价人员的工作强度和增加样本信息量，本实验室采用如表 1所示的评价顺序对每个样品进行测试分析。

表1 气味评价人员评价顺序表Tab.1 Oder of odor evaluation

2 结果与讨论

通过对座椅泡沫的GC-O测试结果（表 2）可知，该座椅泡沫有 12种物质气味，通过对该材料按照T/CMIF 12—2016《汽车零部件及材料的气味评价规范》方案 4进行测试，该材料的气味测试结果见表 3。

表2 座椅泡沫GC-O测试结果Tab.2 GC-O results of seat foam

表3 泡沫材料气味测试结果Tab.3 Odor results of seat foam

通过对泡沫材料的GC-O测试分析可知，泡沫中含有大量的胺类物质、苯类物质，导致泡沫最终散发臭味及发泡气味。为从材料层面确定挥发性气味物质的可能来源，实验室对泡沫材料进行了成分分析测试，成分分析结果见表4。

表4 泡沫材料成分分析结果Tab.4 Component analysis result of seat foam

由成分分析结果可知，N，N-二甲基甲酰胺和三乙烯二胺均在成分分析结果中找到了对应的成分，除此之外，该材料主体为聚氨酯材料，残留有部分双二甲胺基乙基醚助剂和磷酸三乙酯增塑剂和少量硅酸盐填料。

综合成分分析结果和GC-O测试结果可知，导致该泡沫产生发泡和臭味的成分主要为胺类物质和N，N-二甲基甲酰胺。其中胺类物质主要为发泡生产过程中的催化剂，N，N-二甲基甲酰胺主要为生产过程中的残留溶剂，后期该泡沫材料的整改方向为减少或切换该类催化剂的使用量，并在材料生产过程中降低溶剂残留。

3 总 结

本文通过 GC-O测试及成分分析耦合分析的方法，首先找出了泡沫材料中可能导致气味的挥发性成分，进而通过成分分析找出该类成分的存在及其可能来源，并针对存在的气味问题，指向性地提出整改建议，对泡沫材料的气味水平进行提升。通过两种耦合的分析方法可得，导致该泡沫不愉悦气味的成分主要为胺类物质和残留溶剂，因此在后续的生产过程中，应注意切换该类催化剂，并降低生产过程的溶剂残留。

GC-O结合成分分析对材料气味进行提升是最近兴起的解决气味问题的新趋势。这主要是由于单纯的 GC-O测试不能准确确定气味成分的来源及其在材料生产过程中的作用；而单一的成分分析测试不能确定分析出的成分是否为导致不愉悦气味的来源。将GC-O分析与成分分析结合，是高效解决车内气味问题的新方法。