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5種汽車內飾VOC含量分析采樣方法
時間 : 2014-02-08 點擊 : 分享
為了保證整車車內的空氣質量符合GB/T27630要求，相關企業需要對汽車內飾零部件及其材料的VOC含量進行檢測和控制，這項檢測工作主要包括采樣和樣品分析兩個步驟。本文將針對采樣方法進行特別介紹。
汽車內飾零部件及材料VOC含量分析的采樣方法一般有5種，包括：采樣袋法、檢測艙法、項空法、熱解析法和甲醛揮發法。
1．采樣袋法
采樣袋法多為日系車企使用。本方法進行VOC采樣使用的采樣袋由厚度為0.05 mm的聚氟乙烯(PVF)制成，根據采樣袋容積分為大袋子和小袋子兩種方法，分別用于測量總成零部件和材料的VOC含量。采樣袋法主要被日系主機廠(包括豐田、日產和鈴木等)及其合資企業采用。該方法有如下的優點和缺點。
1.1 優點
· 檢測對象可以是零部件、總成，也可以是材料。
· 可以同時采集用于檢測苯烴類有機組分和檢測醛酮組分的氣體樣品。
· 本采樣方法關于零部件、總成的VOC含量分析的采樣與HJ／T400—2007《車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》中車內空氣VOC含量分析的采樣方法相似，這樣有利于建立整車車內空氣質量技術要求與零部件／總成的VOC含量技術要求的對應關系。
1.2 缺點
· 由于采樣袋使用次數有限，且需要消耗一次性的DNPH吸附管，因此與其他幾種采樣方法相比，采樣袋法的測試成本較高，僅次于檢測艙法。
· 與檢測艙法相比，采樣袋法無法實時監控零部件、總成的VOC揮發情況。總體而言，采樣袋法是一種較為簡便的測量零部件、總成VOC含量的采樣方法，適合汽車企業和零部件供應商對零部件、總成的VOC含量進行檢測和控制。
2．檢測艙法
檢測艙法的試驗空間是一個體積為(1±0．05)m3的密閉空間，內部裝有調節空氣均勻度的裝置和樣品支架。為了調節空氣交換率，試驗箱體上安裝有進氣管和排氣管。使用試驗氣體(丙烷)和氮氣對火焰離子探測儀進行校準，壓縮空氣需經過濕度調節裝置以規定的濕度通入檢測艙。美國通用汽車公司、德國的大眾汽車公司和寶馬汽車公司等汽車企業及其合資企業采用此方法進行零部件的VOC檢測。該方法有以下優點。
· 檢測艙法可以實時監測艙內總的VOC含量水平，能夠研究零部件的VOC含量隨時間變化的規律。
· 本方法除了可以檢測苯烴類和醛酮類揮發性有機化合物以外，還可以進行霧化檢測。
本方法能夠檢測的試驗項目在所有采樣方法中是最多的，檢測成本很高。達到同樣的密封性要求，檢測艙的密封成本比采樣袋的密封成本高很多；采樣艙的內表面材料需要采用既不會產生揮發性有機物，也不會吸附揮發性有機物的不銹鋼材料；實時在線檢測的FID檢測器的進氣量小、價格昂貴。因此，無論從設備投資成本還是從使用成本來說，檢測艙法都是最高的。只有規模較大、實力較強的汽車企業和第三方實驗室才有能力配備此類設備。
3．頂空法
項空法是歐系汽車企業測量苯烴類揮發性有機物的常用方法。頂空法使用的設備是項空進樣器和氣相色譜儀。采樣方法比較簡單，在項空進樣器中完成采樣。從試驗樣品中裁取2克樣品放入20 mL的頂空瓶中，在120°C的溫度條件下保溫平衡60min，然后用注射器從頂空瓶中抽取一定量的氣體，并通過氣相色譜儀和FID檢測器對其進行分析。
項空法是一種比較通用的測量汽車內飾材料苯烴類揮發性有機物含量的方法。歐系大部分汽車企業均采用該方法對汽車內飾材料進行采樣和檢測，國內部分自主品牌汽車企業(如吉利汽車公司等)也采用項空法。該方法有如下優點。
· 本方法所取試驗樣品質量(2g)>熱解析法所取試驗樣品質量(1O一30mg)，檢測結果的代表性和一致性比熱解析法更好。
· 采樣、檢測過程簡單，采樣設備投資僅限于頂空進樣器，且頂空瓶可以重復使用，因此測試成本較低。但是目前GW8081、VDA277和PV3341等頂空法標準規定的分析設備均為氣相色譜儀和FID檢測器，而FID檢測器只能檢測和分析總的揮發性有機物含量，不能分析每一種苯烴類組分的含量。
4．熱解析法
熱解析法是歐系汽車企業測量苯烴類揮發性有機化合物的另一種檢測方法,下面以PSA公司的D105495為例進行說明。熱解析法的分析過程為：從待測樣品上裁取一定質量(10N30 mg)的材料放入熱解析管中；將熱解析管放入熱解析儀中進行30min的90℃熱解析，試驗樣品揮發出來的有機物氣體經過傳輸線進入氣質聯用儀；通過氣質聯用儀分析得到各種苯烴類揮發性物的含量和總的VOC含量。
熱解析法使用的分析儀器與HJ／T400《車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》標準規定的分析儀器完全一致。對國內的汽車企業來說，如果汽車內飾材料的采樣和分析按照此方法進行，則整車車內的VOC含量分析和汽車內飾材料的VOC含量分析可以采用同一套分析設備進行，無需另外增加分析汽車內飾材料VOC含量的檢測儀器，節約了設備采購成本，而且熱解析管可以重復使用，因此本方法的測試成本較低，適合于大批量試驗樣品的檢測和分析。
5．甲醛揮發法
甲醛揮發法是測量汽車內飾材料醛酮類揮發物含量的通用方法。甲醛揮發法的分析過程為：用1個潔凈的500 mL廣口瓶加入50 mL去離子水；從零件或材料樣品中裁取尺寸為60 mmX30 mm的試樣，并用1根細鐵絲懸掛于廣口瓶內，注意試樣既不能接觸瓶子內壁也不能接觸去離子水；用酚醛樹脂瓶塞密封廣口瓶后，將廣口瓶放入60℃的烘箱中保溫3h，在環境溫度下冷卻4h后，用一次性吸液管從廣口瓶中吸取9mL溶液注入1OmL容量瓶中，并加入1mL的DNPH溶液(6.1 mol／L)，使兩者產生化學反應；用吸液管將反應后的溶液注入液相色譜儀的試驗瓶中進行化學分析。
甲醛揮發法是一種應用比較廣泛的方法。如果采用分光光度計分析試樣，則只能測量樣品的甲醛揮發含量；如果采用液相色譜儀分析試樣，則可以測量各種醛酮類揮發物的含量，包括GB/T27630《乘用車內空氣質量評價指南》要求的甲醛、乙醛和丙烯醛的含量。
5種汽車內飾零部件及材料VOC含量分析采樣方法的對比
汽車內飾零部件及材料VOC含量分析的采樣方法一般有5種，包括：采樣袋法、檢測艙法、項空法、熱解析法和甲醛揮發法。
1．采樣袋法
采樣袋法多為日系車企使用。本方法進行VOC采樣使用的采樣袋由厚度為0.05 mm的聚氟乙烯(PVF)制成，根據采樣袋容積分為大袋子和小袋子兩種方法，分別用于測量總成零部件和材料的VOC含量。采樣袋法主要被日系主機廠(包括豐田、日產和鈴木等)及其合資企業采用。該方法有如下的優點和缺點。
1.1 優點
· 檢測對象可以是零部件、總成，也可以是材料。
· 可以同時采集用于檢測苯烴類有機組分和檢測醛酮組分的氣體樣品。
· 本采樣方法關于零部件、總成的VOC含量分析的采樣與HJ／T400—2007《車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》中車內空氣VOC含量分析的采樣方法相似，這樣有利于建立整車車內空氣質量技術要求與零部件／總成的VOC含量技術要求的對應關系。
1.2 缺點
· 由于采樣袋使用次數有限，且需要消耗一次性的DNPH吸附管，因此與其他幾種采樣方法相比，采樣袋法的測試成本較高，僅次于檢測艙法。
· 與檢測艙法相比，采樣袋法無法實時監控零部件、總成的VOC揮發情況。總體而言，采樣袋法是一種較為簡便的測量零部件、總成VOC含量的采樣方法，適合汽車企業和零部件供應商對零部件、總成的VOC含量進行檢測和控制。
2．檢測艙法
檢測艙法的試驗空間是一個體積為(1±0．05)m3的密閉空間，內部裝有調節空氣均勻度的裝置和樣品支架。為了調節空氣交換率，試驗箱體上安裝有進氣管和排氣管。使用試驗氣體(丙烷)和氮氣對火焰離子探測儀進行校準，壓縮空氣需經過濕度調節裝置以規定的濕度通入檢測艙。美國通用汽車公司、德國的大眾汽車公司和寶馬汽車公司等汽車企業及其合資企業采用此方法進行零部件的VOC檢測。該方法有以下優點。
· 檢測艙法可以實時監測艙內總的VOC含量水平，能夠研究零部件的VOC含量隨時間變化的規律。
· 本方法除了可以檢測苯烴類和醛酮類揮發性有機化合物以外，還可以進行霧化檢測。
本方法能夠檢測的試驗項目在所有采樣方法中是最多的，檢測成本很高。達到同樣的密封性要求，檢測艙的密封成本比采樣袋的密封成本高很多；采樣艙的內表面材料需要采用既不會產生揮發性有機物，也不會吸附揮發性有機物的不銹鋼材料；實時在線檢測的FID檢測器的進氣量小、價格昂貴。因此，無論從設備投資成本還是從使用成本來說，檢測艙法都是最高的。只有規模較大、實力較強的汽車企業和第三方實驗室才有能力配備此類設備。
3．頂空法
項空法是歐系汽車企業測量苯烴類揮發性有機物的常用方法。頂空法使用的設備是項空進樣器和氣相色譜儀。采樣方法比較簡單，在項空進樣器中完成采樣。從試驗樣品中裁取2克樣品放入20 mL的頂空瓶中，在120°C的溫度條件下保溫平衡60min，然后用注射器從頂空瓶中抽取一定量的氣體，并通過氣相色譜儀和FID檢測器對其進行分析。
項空法是一種比較通用的測量汽車內飾材料苯烴類揮發性有機物含量的方法。歐系大部分汽車企業均采用該方法對汽車內飾材料進行采樣和檢測，國內部分自主品牌汽車企業(如吉利汽車公司等)也采用項空法。該方法有如下優點。
· 本方法所取試驗樣品質量(2g)>熱解析法所取試驗樣品質量(1O一30mg)，檢測結果的代表性和一致性比熱解析法更好。
· 采樣、檢測過程簡單，采樣設備投資僅限于頂空進樣器，且頂空瓶可以重復使用，因此測試成本較低。但是目前GW8081、VDA277和PV3341等頂空法標準規定的分析設備均為氣相色譜儀和FID檢測器，而FID檢測器只能檢測和分析總的揮發性有機物含量，不能分析每一種苯烴類組分的含量。
4．熱解析法
熱解析法是歐系汽車企業測量苯烴類揮發性有機化合物的另一種檢測方法,下面以PSA公司的D105495為例進行說明。熱解析法的分析過程為：從待測樣品上裁取一定質量(10N30 mg)的材料放入熱解析管中；將熱解析管放入熱解析儀中進行30min的90℃熱解析，試驗樣品揮發出來的有機物氣體經過傳輸線進入氣質聯用儀；通過氣質聯用儀分析得到各種苯烴類揮發性物的含量和總的VOC含量。
熱解析法使用的分析儀器與HJ／T400《車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》標準規定的分析儀器完全一致。對國內的汽車企業來說，如果汽車內飾材料的采樣和分析按照此方法進行，則整車車內的VOC含量分析和汽車內飾材料的VOC含量分析可以采用同一套分析設備進行，無需另外增加分析汽車內飾材料VOC含量的檢測儀器，節約了設備采購成本，而且熱解析管可以重復使用，因此本方法的測試成本較低，適合于大批量試驗樣品的檢測和分析。
5．甲醛揮發法
甲醛揮發法是測量汽車內飾材料醛酮類揮發物含量的通用方法。甲醛揮發法的分析過程為：用1個潔凈的500 mL廣口瓶加入50 mL去離子水；從零件或材料樣品中裁取尺寸為60 mmX30 mm的試樣，并用1根細鐵絲懸掛于廣口瓶內，注意試樣既不能接觸瓶子內壁也不能接觸去離子水；用酚醛樹脂瓶塞密封廣口瓶后，將廣口瓶放入60℃的烘箱中保溫3h，在環境溫度下冷卻4h后，用一次性吸液管從廣口瓶中吸取9mL溶液注入1OmL容量瓶中，并加入1mL的DNPH溶液(6.1 mol／L)，使兩者產生化學反應；用吸液管將反應后的溶液注入液相色譜儀的試驗瓶中進行化學分析。
甲醛揮發法是一種應用比較廣泛的方法。如果采用分光光度計分析試樣，則只能測量樣品的甲醛揮發含量；如果采用液相色譜儀分析試樣，則可以測量各種醛酮類揮發物的含量，包括GB/T27630《乘用車內空氣質量評價指南》要求的甲醛、乙醛和丙烯醛的含量。
5種汽車內飾零部件及材料VOC含量分析采樣方法的對比
| 項目 | 采樣袋法 | 檢測艙法 | 頂空法 | 熱解析法 | 甲醛揮發法 |
| 實驗樣品 | 零部件、材料 | 零部件、材料 | 材料 | 材料 | 材料 |
| 裝載試樣的容器 | 采樣袋 | 檢測艙 | 頂空瓶 | 熱解析管 | 廣口瓶 |
| 待測物質的載體 | 氮氣、空氣 | 空氣 | 空氣 | 氮氣 | 水 |
| 分析儀器 | GCMS+HPLC | GCMS+HPLC+FID | GC+FID | GCMS | UV／HPLC |
| 采樣附件 | 吸附管 | 吸附管 | 頂空進樣器 | 熱解析儀 |
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