汽车内饰零部件VOCs快速分析的应用

王若鑫　刘娟　汤品一

摘 要：本文介绍了一种快速分析技术的工作原理及其优势，并展示了该技术在实际样品挥发性有机物VOCs测试上的一种应用，通过该技术与汽车内饰部件袋式法VOCs的测试相结合，实现了多种VOCs的全程在线监测，展示了VOCs物质在袋内的散发浓度趋势。

关键词：挥发性有机化合物VOCs;快速分析;在线监测

1 汽车内饰零部件VOCs现状

随着汽车使用量的不断增加，国民环保意识的不断提高，汽车挥发性有机化合物（VOCs）污染越来越受到消费者和政府部分的高度关注[1]。欧洲、美国、日本、俄罗斯等国家已按相关标准实施了强制管理制度，而我国继2012年3月1日，推荐性标准GB/T-27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》[2]实施后，2017年环保部又发布《乘用车内空气质量评价指南》征求意见稿，意在出台强制性标准。在此背景下，车内环境空气质量的检测方法显得尤为重要。

汽车内饰零部件VOCs的主流分析方法有两种。其一为袋式法[3]，因其配套设备投资较低，测试批处理能力强周期短，且价格有优势，成为目前各车厂的主要VOC分析手段之一。另一种方法为舱式法[4]，可配套连接在线FID，且舱内设有气流交换装置，可实现动态散发状态下的实时在线监测，较为接近车辆实际使用时的状态，但其设备成本昂贵，测试周期较长。

无论是袋式法亦或舱式法，都需要后续的化学精密分析设备如TDS-GCMS[5]和HPLC[6]进行定量分析，因此传统的测试方法普遍存在的问题是除了需要前端样品加热及气体采集设备，还需要配套后期分析设备，整套设备价格极其昂贵，测试成本高，需要专业分析技术人员，且测试周期长，无法满足汽车生产链的实施有效监控。往往在发现VOCs不合格时，生产装配都已批量完成。为了更好的实现实时质量监控，急切需要一种快速测试技术来满足汽车生产链的进度。本文中使用的这种快速质谱技术就能很好的解决目前面临的问题。

2 汽车内饰部件VOCs快速分析方法简介

多离子在线质谱（Selected ion online spectrometry）是一种直接的质谱形式，它通过精准的化学离子反应来检测和定量痕量的VOCs物质，是一种实时、高效分析气体的理想工具。

该技术可实现同时分析多种物质，每次测试只需要数分钟即可完成，因此能够进行快速、全面、灵敏的在线监测，实现批次合格产品检验。同时，也可为成为零部件或材料VOCs散发研究的有效数据提供手段。是一种对气体高效和实时分析的理想应用工具，非常适用于车内多种挥发性化学成分的分析及研究。

多离子在线质谱仪主要有三部分组成，首先通过微波等离子体将湿润空气离子化，产生出试剂离子，而离子的选择通过第一个四级杆完成，客户可根据需要选择试剂离子;然后被选择的试剂离子被注射入流动管，通过与载气氮气碰撞释放出多余的能量，样品引入后可被试剂离子离子化，产生具有良好表征的产物离子;最后产物离子和未反应的试剂离子被输送到第二个四级杆和检测器，利用化合物谱库和软件分析每个物质的绝对浓度。

3 汽车内饰部件VOCs快速分析的应用

3.1 实验装置

本文使用的多离子在线质谱，是新西兰Syft Technology公司的Voice 200Ultra型选择流动管质谱SIFT-MS （Selected Ion Flow Tube Mass Spectrometry）[7]，该设备能通过微波等离子体将湿润空气离子化，产生八种试剂离子，H3O+，NO+，O2+，O-，O2-，OH-，NO2-和NO3-。这八种试剂离子可表现出多种反应机制，在流动管内与不同的分析物产生特异性的、具有良好表征的产物离子。这些产物离子被载气输送到质谱分析器，随后利用仪器自带的数據库和软件自动计算出每个化合物的实时浓度。

3.2 实验方案

比较常见的零部件VOCs分析方法之一：袋式法，是将待测试部件放入Tedlar材质的专用袋内，用密封条封口后，将袋内抽真空以排出背景空气的影响。之后再充入一定体积的高纯氮气，放入预先设定好温度的恒温舱内，加热一定时间后，通过专用吸附管富集采集袋内样品中挥发出的VOCs物质，再通过TDS-GC/MS和HPLC等多种精密化学分析设备，定量分析其中的苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛等挥发性物质的散发浓度。

本文通过SIFT-MS设备的配合，实现了袋式法测试过程中样品在Tedlar袋内散发浓度的全程在线监测，呈现出零部件在密闭Tedlar袋内的苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛等8种国标管控物质的散发浓度实时浓度曲线，为后续的方法研究提供了可行的方式和思路。

本次选用的样品为M1类车的后排座椅发泡、前围隔音垫两类样品，参考泛亚汽车技术中心标准TS-BD-003[8]2000L袋式法方法，使用体积为2000L的Tedlar袋，氮气充气体积为60%，加热温度为65℃。从样品袋在恒温舱内开始加热起始，至4小时结束，期间通过SIFT-MS连续在线监测袋内各种VOCs的浓度变化曲线，从而了解在密闭袋环境下，样品的VOCs散发趋势曲线。

3.3 结果与讨论

从下图1及图2的趋势曲线图可以看出，本次实验选用的两类样品有如下发现：

1）按本实验方案操作，Tedlar袋内温度在25min左右达到稳定状态;

2）Tedlar袋内的甲醛较易达到散发平衡状态，袋内浓度在110～120min左右开始趋于稳定;

3）Tedlar袋内乙醛和丙烯醛的散发较难达到平衡，在120min后继续呈现浓度递增，在200min之后才开始出现增长放缓的趋势;

4）部分苯系物在120min后也出现了浓度缓慢递增的情况，但由于所选样品的浓度绝对值并不高，所以继续增加的量值并不明显。