采用气相色谱法测定建筑装饰材料中的苯类有害物质的研究

2022-09-14孙欢

科学技术创新 2022年25期

孙欢

（江西省建材产品质量监督检验站有限公司，江西南昌 330001）

引言

现阶段，很多室内装饰行业过于关注材料的使用效果，以至于忽略了物质成分与材料的含量。此外，由于市场竞争压力较大，很多企业为了降低材料生产成本会使用低廉价格的材料，这些材料中极有可能存在苯类有毒物质，对人体健康十分不利。由此可见，围绕建筑装饰材料进行分析，研究运用气相色谱法测定材料中的苯、二甲苯等物质，对于该行业的可持续发展至关重要。

1 建筑装饰材料有害物质

内墙涂料是建筑物装饰过程中必须使用到的材料种类之一，且这种材料的使用难度较小，可以有效帮助装饰人员降低材料成本，因此被广泛应用在建筑装饰工作中。而溶剂型木器涂料作为材料中色泽、质量、性能较强的种类之一，更是发挥着至关重要的作用，但是若材料加工不够彻底，在使用过程中也会对周围的环境造成一定的污染，其中的苯类有害物质甚至会对人体健康产生非常不利的影响[1]。

2 内墙涂料与其他材料中的有害物质分析

2.1 内墙涂料

内墙涂料从溶剂性质的情况进行划分，可以分为水性与溶剂型两种，且以上物质的使用的范围较广，如现在较为常见的乳胶漆和聚乙烯涂料等，这种材料虽然整体外观性能保持较好，但是在涂刷之后会产生一种有毒物质。因此在后续的发展过程中很多装饰公司开始使用树脂水性材料。这种合成树脂乳液材料比传统的装饰材料的生态环保性能更强，但在使用过程中依旧会含有大量的游离甲醛，且这种物质在短时间内难以清除，会对环境和人体造成严重的危害[2]。综合以上情况分析，研究人员发现在大量的装饰材料中，有害物质组成属于易挥发物，且含有大量的汞、铅等物质。

2.2 溶剂型木器材料

溶剂型木器材料是近几年来使用较为广泛的一种，包括聚氨酯、硝基类等，属于改性材料。其中二甲苯溶剂更是因其吸附性较好等优势被广泛使用，在装饰行业中具有非常重要的作用。但是由于我国相关行业的技术发展水平较差，因此其溶剂中的TDI 数值较高，会对人体产生危害。

2.3 各种有害物质对人体的不利影响

第一种是本研究的重点，也就是苯类材料，主要包括甲苯和二甲苯。这种物质具有高致癌性，会在长时间内影响人体系统的造血功能和神经系统。此外苯类物质还会对人们的呼吸道和皮肤产生严重的刺激。这种物质在涂料中较为常见，会随着杂质的产生进入材料中。通常情况下，苯类物质的含量与装修材料的制作工艺和技术水平有关。若是运用石油萃取的形式进行，则苯类物质的含量较低，但是若使用其他形式则会很难控制材料中的杂质，以至于苯类物质含量增加。

第二种是指重金属，包括铅、铬等。此类物质也被称为装饰材料中最为常见的集中污染物质，会对人体产生危害，其最主要的表现形式便是对人的神经、智力系统产生影响。此外，各类物质与人体长期接触会导致皮肤溃烂等状况[3]。很多颜料中的颜色调配是利用铅白等物质，在此过程中虽然很多企业希望能够从天然物质中提炼色彩，但是也会夹带很多的重金属物质。表1 为不同类别苯类物质的数据研究参数。

表1 线性回归方程与相关系数

3 实验目的

气相色谱法具有分离质量好、应用范围广的特点，被广泛应用于快速物质测定以及污染物分析中。鉴于此，本文将进行气相色谱法的实验，以此检测装饰材料中苯类物质的浓度与含量。此外，此实验的进行还有助于与其他检测形式进行比对，以此确保测试方式达到精准度要求。

4 试验方法

4.1 准备工作

为了能够更加精准的了解装饰材料具体数据情况，在进行试验之前，要准备不同类型的材料和设备。但是在设备准备过程中要求必须含有多种色谱柱，且色谱柱的选择除了专用之外，其他测试中也可以选择普通类型。在此试验过程中可以选择弱与强两种类型的色谱柱，并针对不同类型的装饰材料进行实测。在完成前期的准备工作之后，要结合实验要求和相关标准进行色谱分离测试。与此同时，甲苯二异氰酸酯，简称TDI，这种物质是装饰材料中非常常见的一种有害物质，在长年累月的记录过程中，会对人体的呼吸道黏膜产生非常严重的刺激，甚至会成为哮喘等呼吸道疾病的主要诱因。现阶段，这种物质在聚氨酯材料中的含量较大，在后续的工作中需要相关人员加大对含量的管控。在实验过程中需要加大对有毒物质含量的关注，做好检测细节的把控。在实验之前，要不断测试周围的环境和条件，进而在明确数据信息之后进行测试，且测试过程中不能随意对参数进行更改。在此基础上，实验过程中需要加大对色谱峰值、面积等情况的重视，这些方面的数据对于后续的实验结果十分重要。所以在实验的过程中应该尽可能地延长数据的保留时间，并利用后续的实验工作加大对材料性质和特点的分析。图1 为气象色谱图常规流程。

图1 气象色谱图常规流程

为了能够进一步确保最终试验工作的精确度，除了需要加大对准备工作质量的重视，还要进行实验条件的选择。如针对极性色谱柱，要结合实际需要选择合适的种类才能够达到预期的效果。在本次实验中，结合实际需求，选择了EFBC 色谱柱。此外在实验的过程中需要对其尺寸进行严格的管理和控制。与此同时，气化温度对实验结果的影响较大，因此在控制温度以外还需要尽可能维持色谱峰的稳定性，进而确保实验结果的科学性与合理性。图2 为气相色谱法的运用。

图2 气象色谱法的运用

4.2 实验过程

根据现阶段，室内装饰材料行业CA00815-2001和CV46285-2001 相关标准的具体需要，进行了多次试验，并将AC-1 作为分析对象，运用程序升温的形式，在30 min 之内检测出了不同材料中的苯类物质含量，包括甲苯、二甲苯等。

首先，为了达到测定结果的要求，还要在不同物质溶液中添加5 ml 左右的正庚烷，并结合数据情况进行精密度测试，并得出数据，见表2。

表2 精密度实验数据

其次，要准备以下几种材料和设备：CS003 气相色谱仪、CRF 检测设备。且材料样品中的苯材料需为色谱纯。与此同时，其他的烷类物质应是色谱纯。而TDI材料的含量要求要达到98.99%及以上。在制定乙酸乙酯溶剂时，要求溶剂中水的含量需要＜0.2*10-2，而醇的含量则需要控制在＜0.1*10-3。

最后，要进行色谱测定，需要满足相应的条件信息，包括温度控制为140 ℃；检测环境内部温度为210 ℃；程序升温过程中，最初的温度应该保持在30℃，时间为5 min；升温速度控制在5 ℃/min；最终的温度控制在160 ℃，且保持9 min 左右。

定性环节需要运用到色谱柱，并结合实际情况设定操作条件，直至仪器稳定之后，便可分析数据情况。其中校正因子的测定可以用以下公式进行计算：

F=Ci*Ad/Cd*Ai

式中：F 为指材料的校正因子；Ci 为混合溶液中的化合物质量；Cd 为正庚烷的质量；Ai 为指正庚烷的峰面积。定量工作也是进行此实验工作中非常重要的一点，由于样品中的成分含量较为复杂，因此不同类别的样品可能会对结果造成不同程度的影响，在定量过程中传统的方式无法达到预期效果，而需要运用到内标法才能够满足定量工作的需求。内标物的选择要根据涂料种类而定，且需要满足以下条件：一方面不能与样品存在同类的物质，另一方面不能与样品本身存在反应。在此基础上，内标物在溶剂中的溶解性需要达到标准，且应该有较好的物质分离效果。因此很多实验会运用正十四烷等，这种物质的化学性质稳定，可以与乙酸乙酯溶剂达到完全分离的效果。

与此同时，在进行溶液配制的过程中，要保证正庚烷与正十四烷的重量为900 g 左右，且上下波动范围不能超过100 g。并将其放置在量杯中，用不同含量的乙酸乙酯进行溶解，并分别取二甲苯等不同苯类物质1 000 g，将其与正庚烷、乙酸乙酯等进行融合，以此进行后续的定容和取样工作，图3 为标样色谱显示。

图3 标样色谱

图3 中数值分别对应苯、正庚烷溶液等苯类物质。在进行样品制备时，要求将1.0～2.0 g 的样品放置在容量为50 ml 的瓶子中，并加入4 ml 左右的内标物，并结合物质中的TDL 含量情况选择是否添加正十四烷，并对其进行稀释。此外，在实验过程中还需要用以下公式计算二甲苯等苯类物质的含量：

式中，X 为样品中的物质含量；F 为校正因子；Cd 是指正庚烷的质量；Ai 则是指正庚烷的峰面积。

5 实验分析

溶液中由于存在大量的N 元素，因此传统的二甲基甲酰胺难以确保测定精准度，所以应该选择乙酸乙酯作为稀释溶液。此外在测定过程中由于部分的苯物质稳定性较差，很容易挥发，因此为了保证结果精准性，应该确保柱温处于标准温度值范围内。而在实验过程中，研究人员认为150 ℃为最佳环境。此外在分析过程中也可以运用甲苯二异氰酸酯、三氯代苯等物质代替原有材料进行测定。与此同时，在有机物方面，同一装修材料中的色谱变化若存在一定的差异，则说明有机物有一定的不同，而若是实验过程中不同次数的数据变化较为严重，则需要多次进行实验，检查数据变化情况。

从表3 中我们可以看出，实验室间与实验室内的Z 值可以达到判定效果，且整体情况较好。尤其是前两者的数值整体偏低，这说明测试情况较好，质量较高，同时也说明前两种物质作为同分异构体，其物理和化学性质较为相似，峰于峰之间有一定的联系，差距较小。此外，根据实验室间与实验室内Z 值情况分析来看，本实验中的气象色谱法运用质量较强，且数据精准度较高。