涂料甲醛检测方法及干扰消除研究
2024-06-16韩丹
摘 要： 甲醛是一种常见的有害气体，存在于许多家居用品中，尤其是涂料中。甲醛对人体健康有潜在的危害，因此对涂料中甲醛含量的检测显得尤为重要。探讨了涂料甲醛检测的各种方法，并分析可能的干扰因素及其消除方法。通过深入研究，希望能够提出改进方向，以提高涂料甲醛检测的准确性和可靠性。
关 键 词：涂料； 甲醛； 检测方法； 干扰消除
中图分类号：TQ630.7+2 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2024）05-0804-05
涂料作为一种常见的建筑材料，广泛应用于家居装修中，然而，许多涂料中都含有甲醛等有害气体，这对人体健康构成潜在风险。甲醛是一种有刺激性气味的有机物，长期暴露于高浓度的甲醛环境中可能导致呼吸系统和皮肤的疾病，甚至可能引发癌症。因此，对涂料中甲醛含量的检测非常必要。
1 甲醛的危害及检测要求
1.1 甲醛的来源和危害
甲醛是一种常见的有机化合物，广泛存在于我们周围的环境中，它是一种无色、有刺激性气味的气体，具有很强的挥发性。甲醛不仅存在于工业生产过程中，还会释放到室内空气中，成为室内空气质量的主要污染物之一，在室内环境中，甲醛主要来自家具、装修材料、家电、化妆品、清洁剂等产品的使用过程中释放出来的有害气体。
甲醛对人体健康的危害是不可忽视的，长期接触高浓度的甲醛会对呼吸系统、皮肤和眼睛造成刺激和损害，引起咳嗽、喉咙痛、呼吸困难、皮肤瘙痒、眼红等症状。此外，甲醛还被世界卫生组织（WHO）和国际癌症研究机构（IARC）列为一类致癌物质，长期接触高浓度的甲醛还可能导致白血病、鼻咽癌等恶性肿瘤的发生[1]。
1.2 国家标准及检测要求
为了保护人们的健康，各国纷纷制定了相关的室内空气质量标准和甲醛检测要求，在中国，国家标准《室内空气质量标准》（GB/T 18883—2002）将甲醛作为室内空气中的主要有害物质之一加以规定。根据该标准，室内空气中甲醛的限值为0.08 mg/m3，即当室内甲醛浓度超过该限值时，就会对人体健康产生危害，甲醛浓度卫生标准参照表如表1。
不同浓度的甲醛对人体健康影响程度是不同的，尤其高浓度的甲醛属于基因毒性物质范畴，常常会引起遗传物质突变等系列变化问题。不同质量浓度甲醛对人体健康危害如表2[2]。
为了确保室内空气质量符合国家标准，进行甲醛的检测是必不可少的。甲醛的检测可以通过以下几种方式进行：
环境空气采样法：通过在室内环境中设置采样装置，收集空气中的甲醛样品，并送至实验室进行分析检测[3]。
甲醛传感器检测法：利用专用的甲醛传感器，可以快速、准确地检测室内空气中的甲醛浓度。这种方法检测速度快、操作简便，适用于现场快速检测。电化学传感器则应用于中高端型号上，其检测原理为通过与甲醛气体 发生反应后，产生与气体浓度成正比的电信号来确定相应的甲醛浓度[4]。
室内装修材料检测法：通过对室内装修材料进行检测，确定其释放甲醛的含量，从而评估室内空气中甲醛的浓度[5]。
甲醛测试盒检测法：市场上有各种类型的甲醛测试盒，可以用于快速、简便地检测室内空气中甲醛的浓度。但是这种方法的准确性相对较低，仅供参考。
无论采用哪种检测方法，都需要选择专业的检测机构或使用可靠的检测设备，以确保检测结果的准确性和可靠性。同时，对于甲醛超标的情况，应采取相应的措施进行治理和改善，以降低人体暴露于甲醛的风险[6]。
2 常见涂料甲醛检测方法
2.1 直接测量法
直接测量法是一种常见的涂料甲醛检测方法，这种方法主要通过对涂料中的甲醛进行直接测量来判断其含量是否符合相关标准。
2.1.1 高效液相色谱法
高效液相色谱法（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）是一种基于液相色谱技术的分析方法，该方法使用液相色谱仪来分离和检测样品中的甲醛。在分析过程中，样品通常需要经过预处理，如提取、稀释等，然后通过高效液相色谱仪进行分离和检测。通过测量甲醛的峰面积或峰高来计算样品中的甲醛含量。高效液相色谱法具有分离效果好、操作简单、灵敏度高等优点，被广泛应用于涂料中甲醛含量的测定[7]。
2.1.2 气相色谱法
气相色谱法是另一种常见的涂料甲醛检测方法，它基于气相色谱技术原理，通过将涂料样品蒸发成气态后，利用气相色谱仪进行分析。该方法具有较高的灵敏度和分辨率，能够准确测量涂料中的甲醛含量。气相色谱法的优点是同时检测多种挥发性有机化合物，并且通过选择不同的检测柱和检测条件来实现对不同化合物的分离和定量[8]。
使用直接测量法进行涂料甲醛检测得到准确的结果，但需要专业的设备和技术支持[9]。此外，直接测量法只能评估涂料中甲醛的释放情况，对于涂料中其他有害物质的检测需要使用其他的方法。因此，在实际应用中，通常会结合其他的检测方法来对涂料进行全面的评估。
2.2 间接测量法
2.2.1 光谱法
光谱法是通过测量涂料样品在特定波长的光线下的吸收或发射特性来推断甲醛含量的方法，常用的光谱法包括紫外-可见光谱法（UV-Vis）、红外光谱法（IR）和拉曼光谱法（Raman），这些方法利用不同波长的光与样品相互作用引起的吸收、散射或发射现象，来获取样品中甲醛的信息，例如，UV-Vis光谱法通过测量涂料样品在紫外或可见光区域的吸收强度来推断甲醛含量[10-11]。
2.2.2 电化学法
电化学法是一种利用涂料中甲醛与电极之间的电化学反应来间接测量甲醛含量的方法。该方法通过测量电极在涂料中甲醛存在下产生的电流或电势变化来确定涂料中甲醛的含量。电化学法的优点是操作简便、结果可靠，并且具有较高的灵敏度和选择性。然而，该方法需要专业的仪器设备，并且对电极的选择和涂料样品的处理都有一定的要求，因此在实际应用中可能存在一定的限制。电化学法需要其他分析方法相互配合使用，如电化学法与分离富集技术相结合，可以有效排除干扰，提高测定灵敏度[12]。
2.2.3 生物传感器法
生物传感器法是一种新兴的涂料甲醛检测方法，它利用生物体或其组成部分对甲醛的选择性识别能力来间接测量甲醛的含量。
一种常见的生物传感器是酶传感器。酶是一种生物催化剂，具有对特定物质高度选择性的特点。通过将特定的酶与涂料中的甲醛接触，当甲醛与酶发生反应时，会产生可测量的信号。通过测量信号的变化，可以间接测量甲醛的含量。崔建升等[13]利用枯草孢杆菌对低含量甲醛同化力强以夹层法将其固定化后与极谱型溶解氧电极组装成新型的甲醛微生物传感器，可以定量测试甲醛含量。
生物传感器法具有高度选择性、灵敏度高和实时监测的优点，但需要特定的生物材料和专业人员进行操作。
3 干扰因素及消除方法
3.1 涂料成分对甲醛检测的干扰
3.1.1 溶剂的干扰
首先，需要了解涂料中的溶剂对甲醛检测的干扰，溶剂是涂料中的重要组成部分，用于调节涂料的黏度和流动性。然而，一些溶剂可能会干扰甲醛的检测结果。具体来说，溶剂中含有的挥发性有机化合物（VOCs）可能会与甲醛发生反应，形成其他化合物，从而导致甲醛的测量结果不准确。为了解决这个问题，可以选择含有低挥发性有机化合物的溶剂，或者选择无挥发性溶剂来替代传统的溶剂[14]。
3.1.2 易挥发物的干扰
其次，易挥发物也是涂料中常见的成分之一，它们在涂料干燥后会逐渐挥发出来，释放出气味和有害物质。然而，这些易挥发物的挥发速度可能会对甲醛检测结果产生干扰。因为在甲醛检测过程中，易挥发物的挥发速度比甲醛慢，导致检测结果中包含了易挥发物的残留量，使得甲醛浓度被高估，我们可以通过延长涂料的干燥时间，或者在涂料中添加抑制挥发的添加剂，减少易挥发物的挥发速度，从而减少对甲醛检测结果的干扰。
3.2 检测环境对甲醛检测的干扰
3.2.1 温度和湿度的干扰
温度和湿度是常见的环境因素，它们对甲醛检测结果会产生一定的干扰。在高温环境下，甲醛的挥发速度会增加，导致检测结果偏高。而在低温环境下，甲醛的挥发速度会减慢，导致检测结果偏低。因此，在进行甲醛检测时，需要考虑环境温度对结果的影响。
湿度也是一个重要的干扰因素，在湿度较高的环境中，甲醛的溶解度会增加，导致检测结果偏高。而在湿度较低的环境中，甲醛的溶解度会减少，导致检测结果偏低。因此，在进行甲醛检测时，需要考虑环境湿度对结果的影响[15]。
3.2.2 其他污染物的干扰
除了温度和湿度，其他污染物也可能对甲醛检测产生干扰。这是因为在封闭空间中，存在着许多其他有害气体和挥发性有机化合物，它们可能与甲醛发生化学反应或竞争性吸附，从而干扰甲醛的测量，为了减少其他污染物对甲醛检测的干扰，可以采取以下方法：
提前通风：在进行甲醛检测之前，要确保空间充分通风，以排除其他污染物的影响。可以打开窗户，使用空气净化器或通风设备等来增加空气流动。
选择合适的检测方法：不同的甲醛检测方法对其他污染物的干扰程度不同。因此，在选择甲醛检测方法时，应考虑到环境中可能存在的其他污染物，并选择适合的方法进行检测。
3.3 干扰消除的方法
3.3.1 校正方法
校正方法是通过改变涂料的成分和工艺，来减少涂料中甲醛的含量和释放量。以下是一些常见的校正方法：
选择低甲醛含量的原材料：涂料中的原材料是甲醛释放的主要来源之一。选择低甲醛含量的原材料有效降低涂料中甲醛的含量。
调整配方：通过调整涂料的配方，改变涂料中各种成分的比例，从而减少甲醛的释放。例如，增加黏合剂的使用量，可以提高涂料的抗甲醛性能。盛健等[16]引入纳米金属氧化物（纳米MOx）成功制备了可在常温、无光环境下催化降解甲醛的无光催化涂料。刘微微等[17]在祛醛乳胶涂料配方设计中引入祛醛乳液、纳米TiO2光催化降解甲醛以及生物祛醛助剂， 三者协同作用， 可以很好地达到祛醛的功效。
改变制备工艺：制备工艺也会对涂料中甲醛的释放产生影响。通过改变涂料的制备工艺，降低甲醛的释放量。例如，控制涂料的固化温度和时间，减少甲醛的释放。
3.3.2 适用性评估方法
适用性评估方法是一种评估涂料中甲醛干扰的方法，它通过评估涂料在不同条件下的性能来判断其适用性。适用性评估方法可以从以下几个方面进行评估：
甲醛释放量评估：通过测量涂料中甲醛的释放量来评估其适用性，使用室内空气中甲醛的浓度变化来评估涂料中甲醛的释放量。如果涂料中的甲醛释放量较低，说明其适用性较好[18]。
甲醛吸附能力评估：通过测量涂料对甲醛的吸附能力来评估其适用性，将涂料与甲醛接触一段时间，然后测量涂料中甲醛的浓度变化。如果涂料对甲醛有较强的吸附能力，说明其适用性较好[19]。
抗干扰能力评估：通过测量涂料在存在其他干扰因素时的性能来评估其抗干扰能力[20]，将涂料置于含有其他可能存在的干扰因素的环境中，然后测量涂料中甲醛的浓度变化。如果涂料对其他干扰因素的影响较小，说明其抗干扰能力较好。
适用性评估方法的优点是可以在实际应用中进行评估，能够综合考虑不同的因素。然而，它也存在一些限制，首先，适用性评估方法需要在实际使用环境下进行，需要考虑到实际条件的复杂性，其次，适用性评估方法需要进行一定的实验设计和数据处理，需要一定的技术支持。
4 研究的局限性与改进方向
4.1 研究的局限性
在涂料甲醛检测方法及干扰消除研究中，存在一些局限性需要考虑，当前的研究主要关注涂料中甲醛的检测方法以及如何消除干扰因素，但很少有研究探讨如何减少涂料中甲醛的含量，这是一个值得进一步研究的方向。
目前的研究往往是在实验室条件下进行的，缺乏真实环境下的验证，涂料在实际使用中可能受到各种因素的影响，如温度、湿度、光照等，这些因素可能会对甲醛的释放和检测结果产生影响，因此，未来的研究考虑在真实环境中进行更全面的实验。
另外，当前的研究主要关注涂料中甲醛的检测方法，但对于其他有害物质的检测方法和干扰消除研究相对较少。考虑到涂料中可能存在其他有害物质，如苯、甲苯等，未来的研究拓展到多种有害物质的检测[21]和干扰消除。
4.2 改进方向
为了克服上述局限性，未来的研究从以下几个方面加以改进。
研究人员探索涂料中甲醛含量的降低方法，这包括优化涂料配方、改进生产工艺等。通过减少涂料中甲醛的含量，从根本上降低室内空气中甲醛的浓度，减少对人体的危害。
研究人员在实验条件下进行更全面的研究，他们考虑在不同的温度、湿度、光照等条件下进行实验，以模拟真实的使用环境，这将有助于更好地理解涂料中甲醛释放的规律，并为实际应用提供更准确的数据。
此外，研究人员拓展研究范围，探索其他有害物质的检测方法和干扰消除策略，涂料中可能存在多种有害物质，不仅仅是甲醛，研究人员将目光放在其他有害物质上，开展更全面的研究，为保障室内空气质量提供更全面的解决方案。
最后，研究人员考虑与相关行业合作，将研究成果应用到实际生产中，他们与涂料生产企业、室内装饰公司等合作，共同推动涂料甲醛检测方法和干扰消除策略的应用。通过将研究成果转化为实际应用，更好地改善室内空气质量，保障人们的健康。
5 结束语
涂料甲醛检测方法及干扰消除研究对于保护人们的健康具有重要意义。通过采用合适的检测方法，并消除干扰因素，可以准确测量涂料中的甲醛含量。然而，目前的研究仍存在一些局限性，需要进一步改进和完善。只有不断提高涂料甲醛检测的准确性和便捷性，才能更好地保护人们的健康。同时，还需要加强对涂料中其他有害物质的检测研究，以全面了解涂料对人体健康的影响。通过这些努力，我们可以营造一个更加安全健康的室内环境。
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Research on Detection Method of Formaldehyde
in Coatings and Interference Elimination
HAN Dan
（Testing Center of Nippon Paint（China）Co.， Ltd.， Shanghai 201201， China）
Abstract： Formaldehyde is a common harmful gas that exists in many household products， especially coatings. Formaldehyde has potential hazards to human health， so it is particularly important to detect the formaldehyde content in coatings. In this article， various methods for detecting formaldehyde in coatings were explored， and possible interference factors and their elimination methods were analyzed. Through in-depth research， it is hoped that improvement directions can be proposed to improve the accuracy and reliability of formaldehyde detection in coatings.
Key words： Coatings; Formaldehyde; Detection method; Interference elimination
收稿日期：2023-09-07
作者简介：韩丹（1981-），男，安徽阜南人，工程师，硕士研究生，2006年毕业于同济大学无机化学专业，研究方向：涂料检测技术。
