一种快速检测汽车零部件气味的方法

张晓俊，王董浩，韩国松

一种快速检测汽车零部件气味的方法

张晓俊1，王董浩2，韩国松2

（1.上汽大众汽车有限公司，上海 201805；2.上汽大众汽车有限公司宁波分公司，浙江 宁波 315336）

文章综述了目前汽车零部件气味管控现状，管控手段主要包括专业气味人员主观气味性评价、TVOC检测以及GCO-MS技术等。针对以上手段在现场应用的局限，文章介绍了一种利用便携式质谱仪检测气味的快速质谱技术，并展示了该技术在汽车气味检测领域上的实际应用案例。通过分析，文章得出结论：快速质谱技术操作简便，测试结果线性一致性较好，对测试环境要求较低且测试时间较短，可实现在上线前对零件气味状态的实时监控。

主观气味性评价；GCMS；快速质谱技术；便携式质谱仪；碎片离子峰

1 汽车零部件气味管控现状

随着人们生活水平的提高和汽车的普及，车内空气质量受到越来越多消费者的重点关注[1-2]。车内空气质量是指车内气味的品质，与驾乘人员的身体健康密切相关[3]。目前，国内主机厂通过控制零部件及原材料气味的方式对车内气味状态进行控制[4-6]，管控手段主要包括专业气味人员主观气味性评价、TVOC检测以及应用GCO-MS技术等[7]。

主观气味性评价是一种嗅觉辨别法，对专业气味人员的嗅觉能力要求很高[8-9]。实际评价过程中由于不同人员对气味感知能力不同，受到包括温湿度、人员健康状态甚至心情等诸多因素的影响，使得不同人员的气味评价结果差异较大[10-12]。因此，气味性评价结果主观性过强。另外，部分零件原材料无法进行主观气味性评价，如含玻纤和粉末类的材料。但目前市场上还没有能够快速准确评价气味强度和辨别气味种类的方法和设备。

TVOC检测是一种利用专业设备如GCMS（气相色谱质谱联用仪）对零件释放的化合物进行定量分析的方法，主要包含袋式法和舱式法两种[13]，这两种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，设备体积庞大，测试周期长，无法进行及时有效的监控。往往在发现测试结果不合格时，不合格零件已经批量上线[14]。

GCO-MS技术将GC的分离能力与人的敏感嗅觉相结合，在获得样品释放的化合物组成的同时，获得有气味响应的化合物的气味强度结果和气味类型[10]。不仅可从复杂的挥发性物质中发现相应气味活性物质，还可以获得气味化合物的气味类型。但气味评价结果仍来源于专业气味人员，同时存在传统TVOC测试设备体积庞大、测试耗时长的缺点，该技术同样无法应用于整车厂气味在线批量监控，而且相对于主观气味性评价，此方法对气味评价人员的能力要求更高。

为了更好地实现实时气味状态监控，现场需要一种快速测试技术来满足质量控制的需求。本文中使用的这种快速质谱技术就能很好地解决目前面临的问题。首先使用GCMS全谱分析来确定待测零件挥发的主要气味物质成分，待测零件仅需在首次测试前进行一次全谱分析，通过参考标准图谱来确定产生气味的特征碎片离子峰，随后使用便携式质谱仪对样品进行测试，通过对比特征碎片离子峰强度是否波动来确定零件气味状态是否稳定，该方法操作简便，对测试环境要求较低且测试时间较短，每次测试只需要3～5分钟即可完成，可实现快速准确实时监测的目的，且该设备体积较小，可实现移动测试，因此能够快速、便携、灵敏地实现汽车零部件的气味状态监控。

2 汽车零部件气味快速评价方法应用

2.1 实验装置和测试方法

本文使用的实验设备是英国ESS公司生产的Ecosys-P型便携式四极杆质谱仪，该质谱仪进样方式分为膜进样和毛细管进样两种模式。该设备应用了热解析和质谱混合技术，对采集的气体分子进行快速预浓缩，然后将其注射进入质谱仪。最后通过将气体分子裂解，并对带电荷的离子按质荷比（/）大小依次排列形成质谱图。

本文中所有待测样品的进样方式均采用毛细管直接进样，进气流量为20～25 ml/min，将样品置于带气阀的气体采集袋中，然后将采集袋密闭，待测样品无需进行前处理，所有测试扫描模式均选择全扫描模式，将质谱仪自带毛细取样管与气体采集袋上的气阀连接，需确保接口处密封性能良好，将其调整至测试模式。打开气阀开始测试，获得以质荷比（/）为横坐标，以离子峰强度为纵坐标的质谱图。

2.2 风窗清洗液气味快速评价方法

本文首先尝试使用便携式质谱仪对车用风窗清洗液气味进行分析。风窗清洗液气味问题一直备受关注，合格风窗清洗液产生的气味主要物质为乙醇，若违规添加甲醇，不仅会造成风窗清洗液气味异常，还会对驾乘人员身体健康造成严重危害[15]。

图1 甲醇和玻璃清洗液测试结果

图2 不同甲醇含量标准溶液中质荷比为31和45的离子峰强度关系

使用便携式质谱仪分析得到正常风窗清洗液和甲醇的质谱图，测试结果见图1。可发现二者存在明显差异：在风窗清洗液的质谱图中，质荷比/=31为特征主峰，且在/=45的位置有碎片离子峰出现；在甲醇的质谱图中，质荷比/=31为特征主峰，而在/=45处无碎片离子峰生成。因此，若风窗清洗液中含有一定的甲醇时，质荷比/=31和/=45处碎片离子峰强度的比例关系会发生相应变化，故在质谱法测试风窗清洗液中是否含甲醇时，可选取质荷比/=31和/=45处离子峰强度比例关系进行分析。在N2背景下，选取甲醇质量分数分别为0%、5%、10%、20%、30%、40%的风窗清洗液标准液进行测试。图2为不同甲醇含量的风窗清洗液测试结果，随着甲醇含量的不断增加，回归曲线的斜率越小，即质荷比为/=45离子峰强度与质荷比为/=31离子峰强度的比值越小。这是因为，当风窗清洗液中含有甲醇时，由于甲醇在/=31处有离子峰出现，/=45处无离子峰出现，所以此时风窗清洗液在/=31处的离子峰强度增加，而在/=45处的离子峰强度保持不变，就会导致/=45与/=31离子峰强度比值降低，且随着甲醇含量的增加，回归曲线的斜率不断降低。据此，可快速定性定量检测风窗清洗液中是否混入甲醇。

2.3 仪表板PVC表皮气味快速评价方法

图3 仪表板PVC表皮烘烤前后对比图

通过便携式质谱仪对车内仪表板PVC表皮气味进行分析测试。由于仪表板PVC表皮挥发出来的气味物质成分不明，故需要通过GCMS对其进行全谱分析来确定其成分组成。分析发现，某车型仪表板PVC表皮中释放的主要气味物质为2－乙基己醇（CAS号为203-234-3），通过查询2－乙基己醇标准质谱图，确定质荷比/=43和51为其质谱特征峰。因此利用便携式质谱仪对烘烤前后的仪表板PVC表皮进行全扫描测试，获得烘烤前后的质谱对比图。如图3所示，未经烘烤的PVC表皮在质荷比/=43和57处的碎片离子峰强度高于烘烤后的表皮，由此可知，经过烘烤后表皮释放出的主要气味物质2－乙基己醇的气味强度有明显降低。据此可根据特征碎片离子峰强度波动情况，来监控仪表板PVC表皮批量气味状态是否稳定。

3 汽车零部件气味快速评价方法的应用与拓展

目前，可利用便携式质谱仪对风窗清洁液和仪表板PVC表皮等零件的气味状态进行有效管控。但汽车内饰零件所使用的非金属材料种类繁多，来源复杂，其挥发出的气味物质也层出不穷，在使用快速质谱技术测试时，所得质谱图峰形较为复杂。因此，针对不同零件及其挥发性气味物质，建立相应的质谱图解析方法是下一步工作的重点。

此外，该快速评价方法依赖于丰富的质谱数据库，需要在测试之前对待测零件进行全谱分析，以确认零件的主要气味物质，目前还未形成较为完善和全面的数据积累，有待日后加以完善和发展。

通过便携式质谱仪对汽车多个零件气味进行反复测试，测试结果一致性较好。图2中亦可发现多组数据呈现良好的线性一致性，这从另一个角度反映出该设备的稳定性较好。该质谱仪体积较小（616×220× 433 mm），又具有操作简便的特点，对测试环境要求较低，关键是该方法测试时间较短，测试一个样品仅需3～5 min，可通过测试所得的质谱图客观地分析零件气味状态是否出现波动。如将设备置于整车厂物流区域，可实现在上线前对零件气味状态的实时监控，有效解决目前面临的零件气味问题，后续将建立不同物质所对应的质谱解析方法，逐步完善数据的积累，利用便携式质谱仪逐渐对其他内饰零件进行气味监控。

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A Rapid Method for Detecting the Odor of Automobile Parts

ZHANG Xiaojun1, WANG Donghao2, HAN Guosong2

( 1.Saic Volkswagen Automotive Co., Ltd., Shanghai 201805;2.Saic Volkswagen Automotive Ningbo Branch Co., Ltd., Zhejiang Ningbo 315336 )

This paper summarizes the current situation of odor control of automobile parts. The control methods mainly include subjective odor evaluation of professional odor personnel, TVOC detection and GCO-MS. In view of the limitations of the above methods in the field application, this paper introduces a rapid mass spectrometry technology using portable mass spectrometer to detect odor, and shows the practical application of this technology in the field of automobile odor detection. Through the analysis, the paper draws a conclusion: this method is simple to operate,the test results show good linear consis- tency, has low requirements for the test environment and short test time, and can realize the real-time monitoring of the odor status of parts before going online.

Subjective odor evaluation; GCMS; Rapid mass spectrometry; Portable mass spectro- meter; Fragment ion peak

U465

A

1671-7988(2021)24-148-04

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1671-7988(2021)24-148-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.024.035

张晓俊，女，就职于上汽大众汽车有限公司，主要从事汽车材料质量控制及研究管理工作。