车内空气质量检测的在线质谱技术研究

赵绍伟 周昭露 谭国斌

摘 要：文章介绍了在线质谱技术的原理和在线质谱仪的特点，初步研究了在线质谱技术在车内空气质量检测方面的应用，分析对比了在线技术和离线技术应用在空气质量检测优势和缺点，展望了快速线检测技术的发展前景。

关键词：在线质谱技术;车内空气质量

中图分类号：O657.63  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）09-124-03

Study On The Application Of On-line Mass Spectrometry In VehicleAir Quality Detection

Zhao Shaowei¹， Zhou Zhaolu¹， Tan Guobin²

（ 1.Chongqing vehicle inspection and Research Institute Co.， Ltd.， National Coach Quality Supervision &Inspection Center， Chongqing 401122; 2.Guangzhou Hexin Instrument Co. Ltd.， Guangdong Guangzhou 510530）

Abstract： The principle of on-line mass spectrometry and the characteristics of on-line Mass Spectrometer are introduced; The application of on-line mass spectrometry in vehicle air quality detection was studied; The advantages and disadvantages of on-line tech nology and off-line technology in air quality detection are analyzed and compared; The prospect of rapid line detection technology is prospected.

Keywords： On-line Mass Spectrometry; In Vehicle Air Quality

CLC NO.： O657.63  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）09-124-03

前言

車内空气污染具有空间小、异味大、浓度高、污染严重、污染物复杂、不易散发以及散发时间长等特点。车内污染的来源包括：装饰材料释放的挥发性有机气体^[1]，包括甲醛、苯、二甲苯等，其浓度随温度的升高会急剧增加;汽车发动机产生的CO、氮氧化合物、硫化物等，以及车外的颗粒物等通过缝隙进入车内;另外还有人体自身产生的污染，主要包括呼吸产生的CO₂、吸烟产生的烟雾等。汽车内各种有毒有害气体会导致驾乘者头晕、恶心、压抑烦躁、注意力无法集中，既危害驾乘者的健康，而且会引发交通安全事故。

目前车内空气环境常用的采样和检测方法均是基于离线检测技术^[1-3]，这种方法虽然准确度高，但却不得不以牺牲其他特性为代价，比如操作过程复杂，检测周期过长，且样品在储存、转运过程中容易发生损失，容易造成检测结果偏差，缺乏时效性，因此发展快速的车内空气质量检测技术，由汽车制造厂家作为产品线自我监控的监测手段，有效的进行自检，可大大提高第三方检测的通过率，具有重要的应用价值和现实意义。

1 在线质谱技术

质谱分析技术是以电子轰击或其它的方式使被测物质离子化，形成各种质荷比（m/z）的离子。利用不同离子在磁场或电场的运动轨迹不同，把离子按照质荷比分开而得到质谱，从而得到样品的分析结果^[4]。基于这个原理，在线质谱仪的分析速度非常快，可达到ms级，因此特别适合快速反应过程以及多位点的同时监测。

目前应用于在线检测的便式携或移动式质谱仪，有美国Inficon 公司的HAPSITE 便携气质联用仪;德国Bruker公司的MM1车载质谱仪、MM2小型车载质谱仪;此外，英国Kore 公司的MS-200飞行时间质谱仪，以及美国普度大学研制的Mini10、Mini11微型式手持质谱仪等都可以实现VOCs的在线检测。此类仪器一般都采用膜进样与质谱联用技术，已经广泛应用于各种环境介质（气体、液体、固体）中挥发性有机物的检测，以及生物、化学反应过程和反应机理研究，和现场突发事故检测、工业在线检测、环境监测等诸多领域^[5-6]。

本次研究采用的挥发性有机物实时在线监测质谱仪（SPIMS-1000）是国内多个研究单位共同研制开发，具有完全自主知识产权的在线检测挥发性有机物（VOCs）质谱分析设备。该设备融合了样品膜富集、光电离、飞行时间质谱分析、高速数据采集以及高频高压电源等多个关键性技术。仪器以实时、快速、在线的特点可实现VOCs原位检测，节省离线方法中对样品采样、存贮、运输的过程。该仪器具有如下特点^[7]：（1）膜进样接口将VOCs富集;（2）基于紫外光单光子电离技术实现软电离;（3）实时在线检测技术，对VOCs实现快速定性、定量检测;（4）无采样损失;（5）强大的数据采集能力，每小时1 GB的有效信息;（6）机电稳定性好，实现外场试验要求。

2 实验方法

测试车辆要求：M1类，座椅材质为皮质;

A车：在用车，使用时间1年左右;

B车：新车，下线35天左右;

C车：在用车，使用时间1年左右;

D车：新车，下线35天左右。

车辆状态：静止，发动机空调关闭状态、车体密闭16h;

测试环境：温度25℃ ±1℃;相对湿度50%±10%;风速≤0.3m/s;背景浓度甲苯≤0.02mg/m³，甲醛≤≤0.02mg/m³;

测试内容：1）对三辆轿车A、B、C驾驶室座位处的气体进行对比检测;对A车内不同空间位置的气体进行检测。

仪器与试剂：

SPIMS-1000（广州禾信仪器股份有限公司），DSG-1000自动化配气仪（广州禾信仪器股份有限公司）。

苯、甲苯、二甲苯和氯苯标准混合气体（广州粤佳气体有限公司产品，浓度均为5ppm）;99.999%高纯氮气（广州粤佳气体有限公司产品）;PAMS标准混合气体（大连大特气体有限公司产品，浓度为1ppm）。

3 结果与讨论

图1为利用SPIMS-1000对A、B、C车内空气VOCs的质谱图，从结果可以看出，三年受试车辆车内空气明显检测出苯（m/z 78）、甲苯（m/z 92）、二甲苯（m/z 106）、乙苯（m/z 106）、苯乙烯（m/z 104）、丙烯醛（m/z 56）、丙酮（m/z 58）等物质。表1中列出了检测物质及标准限值。

此外，对A车内不同空间部位的气体进行檢测，利用标准气体进行定量。图2为车内检测点示意图。分别对驾驶员座位、副驾驶员座位、驾驶员后座、副驾驶员后座上，中，下共12个空间位置进行检测，每个点位检测时约250s，12个点位共计约50min可检测完毕，响应时间快，实现快速检测，苯、甲苯的浓度分布如表2所示。

4 结束语

利用在线质谱技术能够实现乘用车内空气质量检测，可用于乘用车车内VOCs的定性、定量分析，灵敏度高，响应速度快，提供快速有效的检测手段。通过定量结果可看出，三种品牌的汽车中各项检测指标均低于乘用车检测标准。这些有毒有害气体大多数来源于座垫、内饰材料、皮革等，长期暴露对人体健康带来很大的危害，因此对于新购置的车辆，要经常通风、添加吸附材料进行处理，较少其对人体的危害。

参考文献

[1] 赵绍伟.车内空气污染物的危害及其检测方法的研究[J].客车技术与研究，2014，（6）：52-55.

[2] 张旭辉.健康呼唤标准一关注车内环境污染[J].大众标准化，2004， （7）：12-13.

[3] GB/T 28370-2012，长途客车内空气质量检测方法[s].北京：中国标准出版社，2012.

[4] 张艳.在线质谱法快速检测酒中5 种常见乙酯[J].食品科学，2016， 37（24）： 180-184.

[5] 李操，周亚飞，谭国斌，等.单光子电离质谱法用于不同品牌真假酒的快速鉴别[J].分析化学，2013，41（9）：1359-1365. DOI：10.3724/sp.j. 1096.2013.30072.

[6] 谢园园，花磊，侯可勇，等.单光子电离质谱法在线分析牙膏中的香精物质[J].分析化学，2012，40（12）：1883-1889.DOI：10.3724/sp.j. 1096.2012.20542.

[7] 杜振辉，翟雅琼，李金义，等.空气中挥发性有机物的光谱学在线监测技术[J].光谱学与光谱分析，2009，29（12）：3199-3203.