环境舱法测试木家具中挥发性有机化合物的研究

徐 微 李 倩 钱明媛 / 上海市质量监督检验技术研究院

0 引言

现今，“环保”已成为人们关注的焦点之一，不仅要对生活环境保护，更涉及衣、食、住、行等方方面面，都要符合科学、卫生、健康、绿色的要求。为了规范建材市场，响应国家绿色环保政策，国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会于2001年12月10日联合颁布了“室内装饰装修材料有害物质限量” 10项强制性国家标准(以下简称“10项国标”)，对室内环境污染提出了明确的控制要求[1]。“10项国标” 从2002年1月1日开始正式实施，2002年7月1日起强制执行，市场上一律禁止销售、使用不符合“10项国标” 的装饰装修材料。随后与之配套的环境质量控制标准GB 50325-2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》与GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》 也相继出台。这些标准的出台从源头上很大程度地规范了建材市场的秩序，提高了生产企业对产品质量的管理。随着标准的实施，新的矛盾又产生，有消费者反映，已购买绿色环保的装饰装修材料及检验合格的家具产品，但检测居住环境的空气质量仍会出现不合格情况，并且以TVOC超标居多。

据分析，“10项国标”中涉及甲醛释放量的有七项标准，涉及挥发性有机化合物（VOC）释放量的仅有四项。同时，“10项国标”中关于木家具的标准中虽对甲醛释放量作了限量规定，但此方法是通过评价家具中使用人造板材甲醛释放量是否符合板材标准来评价家具产品质量，未考虑整体家具总体甲醛释放量对居住环境的影响。由此便可得知消费者投诉的原因是有出处的，说明我国家具相关标准目前仍不够完善。GB 18584-2001《室内装饰装修材料 木家具中有害物质限量》中对甲醛的检测方法有待进一步研究，使其更加合理、能真实地反应整体家具的甲醛释放量。另外，对VOC等其他有害物质释放量要有明确规定，有效控制污染源。本文主要研究木家具中VOC释放量的检测方法，及比较不同木家具中释放的VOC种类及其分布。

1 不同分析方法测试木家具中的VOC

目前对空气中VOC的测试方法比较成熟，常见的有气相色谱法(GC)和气质联用法(GC-MS)两种。笔者就上述两种方法作了试验加以比较，如图1、图2所示。

可看出，图1中有很多峰分离不够完全。图2中基本没有这种峰型，分离较完全。

定性定量分析得到，GC-MS中可对检测出的77个峰进行定量分析，GC中可定量分析的峰仅为45个，可见GC-MS的检出限较GC更低，灵敏度更高。当然分辨力和灵敏度的高低与仪器本身型号、升温程序、色谱柱、进样量等多种影响因素有关，不足证明GC-MS一定优于GC。但对物质的定性方面GCMS则明显突出其优点。GC对物质定性有很大的局限性，只能对特定的VOC组分进行定性，其余各峰均以甲苯计。GC-MS可将全扫描的质谱图与标准谱库NIST谱库或NBS谱库对照检索，查出未知化合物的结构，可对更多化合物进行定性分析。GC-MS既发挥了色谱法的高分离能力，又发挥了质谱法的高鉴别能力。二者功能相辅相成，不仅分析数据的可靠性极大提高，更能分辨出GC不能识别的未知化合物，实现了对混合物各组分进行识别的定性分析[2、3]。

图1 气相色谱法分析谱图

图2 气质联用法分析谱图

2 木家具中VOC种类及其分布

气质联用法(GC-MS)有超强的定性能力，主要是质谱检测器，其工作原理是将气态化的物质分子裂解成离子，然后使离子按质量的大小分离，经检测和记录系统得到离子的比荷和相对强度的谱图（质谱图）。质谱图提供了有关物质的分子量、元素组成及分子结构等样品的碎片信息，与标准谱库对照检索就能鉴定出该物质的分子结构。再查看匹配度的大小来判断定性的准确程度，但质谱检测器对结构近似的同分异构体定性无能为力。

下文利用GC-MS的特点，结合环境舱法，分析比较不同种类木家具中检出频率最高的几种化合物，从而进一步了解木家具产品中有毒有害挥发性物质种类及其分布状况。

2.1 试验方法

参考ASTM E 1333：1996(2002)及相关标准，将样品放入1 m3环境舱内（考虑样品均为体积在0.1 m3左右的小家具，如样品较大应选择更适合的环境舱，原则：样品体积承载率范围在标准体积承载率的0.5倍至2倍间，超过该范围可能会使最终数据因浓度过小检测不到或浓度过大数据不真实），调节环境舱温度为（23±2）℃、相对湿度为（45±5）%RH、空气流速控制在0.1～0.3 m/s。根据不同木家具外形轮廓体积与气候舱舱容的比率算出体积承载率(a)，再根据不同承载率调整舱内换气率（n），以使换气率（n）与承载率（a）的比值即单位空气流速(n/a)为1 m/h（固定值）。环境舱背景浓度不超过20 μg/m3，经过20 h后通过Tenax TA吸附管抽取10 L样品气体，送入实验室进行GC-MS 分析测试。定性过程中，首先对分离较好的目标色谱峰进行NIST 库检索，以匹配度大于70%作为定性初步认定目标，同一条件下比对目标保留时间和标样的保留时间，最终确定目标种类。采用外标法对苯、甲苯、乙苯、乙酸丁酯、对（间）二甲苯、苯乙烯、邻二甲苯及正十一烷进行定量分析，其他组分的定量则以甲苯的响应系数计算[5]。

2.2 试验材料

试验样品由各家具厂商随机提供，其中人造板家具 3 件（编号 1、2、3），实木家具 3 件（编号 4、5、6），并且出厂时间均不超过30 d，主要信息如表1所示。

表1 样品信息

2.3 检测仪器

2.3.1 仪器

GC-MS 7890A-5975C；TDSA热解析自动进样装置。

2.3.2 热脱附条件

采样管初始温度：40℃；采样管脱附温度：280℃；采样管脱附时间：5 min；采样管脱附流量：60 mL/min。聚焦管初始温度： -50℃；聚焦管脱附温度：280℃；聚焦管脱附时间：1 min；传输线温度：280℃。

2.3.3 色谱条件

色谱柱：Agilent 123-0162；360℃；60 m×320 μm×0.25 μm；柱温：初温40℃，保持2 min，以6 ℃/min速率程序升温到150 ℃，然后以15 ℃/min速率程序升温到250 ℃，再以25 ℃/min速率程序升温到300 ℃；柱流量：1.2 mL/min；进样方式：分流；分流比：50∶1；接口温度：280 ℃。

2.3.4 质谱条件

质谱扫描范围：45～500 amu；溶剂延迟时间：9 min；离子源温度：230 ℃。

3 结果与讨论

3.1 人造板家具中VOC种类与含量分析

人造板家具是以刨花板或纤维板为基材经贴面后形成的板材，采用连接件链接而成的整体物件。其工艺相对简单，无漆膜涂饰、胶接等易产生挥发性有害物质的工艺过程。人造板家具中VOC的来源主要是人造板在生产工艺中所使用的胶黏剂未挥发完全，这与人造板在出厂前是否经过合理挥发处理及密封包装有关。

通过气质联用法分析编号为1、2、3的人造板家具样品，将其中检出频率最高且共有的几种化合物一一列出。主要VOC种类及其百分比含量见图3。

图3 人造板家具中（VOC）主要种类

可以看出，人造板家具中VOC种类相对单一，主要以苯、甲苯、乙苯、二甲苯、三甲苯等苯系物为主，且百分比含量占总量的90%左右，其次是脂类化合物占总量的8%左右，烃类化合物占总量的2%左右。

3.2 实木家具中VOC种类与含量分析

实木家具是以实木为原材料，可选择在其表面涂饰油漆，后经连接件链接而成的整体物件。其工艺较人造板家具稍显复杂，释放出的挥发性有害物质种类也更多。主要是在油漆涂饰过程中，常会出现漆膜涂层未干透现象，这是涂料中的挥发性物质，如苯、甲苯、二甲苯、酮类、醚类、醇类等彻底挥发殆尽需要一段时间，这与当地的气候条件有关：一般情况下高温干燥的气候更有利于其挥发。如果家具厂直接将未经任何挥发处理、表面漆膜未干透的家具送入消费者家中，那势必将严重污染消费者居室内空气质量。

分析编号为4、5、6的实木家具样品，列出其中检出频率最高且共有的几种化合物。主要VOC种类及其百分比含量见图4。

可以看出，实木家具中VOC种类较为繁杂，主要以苯、甲苯、二甲苯等苯系物为主，百分比含量占总量的65%左右，其次是醛酮类化合物占总量的9%左右，脂类化合物占总量的4%左右，烃类化合物占总量的9%左右，多元醇及其醚类化合物占总量的2%左右。

图4 实木家具中（VOC）主要种类及其百分比含量

4 结语

采用气质联用法对木家具中VOC进行检测,结果发现无论是人造板家具还是实木家具,其挥发出的有机化合物中主要以苯、甲苯、二甲苯等苯系物为主，且含量占到总量的60%以上；其次为烃类、醛酮类，脂类及醚类，各占一定比例。

根据分析结果，参考GB 50325-2010附录G中VOC的标准气体组分，笔者建议，今后在使用气质联用法检测木家具中挥发性有机化合物时，所采用的标准物质是否在原有的八组分基础上可适当增多。在充分发挥气质联用法超强定性能力的同时，进一步提高其对未知化合物的定量水平，以使更多的化合物能被准确地检测分析出来，也可为今后家具标准的制修订提供更多参考。

[1]张晓波，曹坚.有效改善室内环境污染 严格规范装饰装修材料市场[J].上海标准化，2003（7）：6-7.

[2]贾春晓，熊卫东，毛多斌，等.现代仪器分析技术及其在食品中的应用[M].北京：中国轻工业出版社，2005：168-169.

[3]梁汉昌.痕量物质分析气相色谱法[M].北京：中国石化出版社，2001.164-166.

[4]刘腾飞，谢修庆，刘文婷.气相色谱及气质联用在农药残留分析中的应用[J]. 现代农业科技，2010（3）：179-181.

[5]周大勇，于涛，李中秋，等.基于环境舱GC-MS 技术对家具中挥发性有害物质测定研究[J].轻工标准与质量，2012（4）：48+51-56.

[6]全国人造板标准化技术委员会.GB 18580-2001[S].北京：中国标准出版社，2001.

[7]全国家具标准化中心.GB 18584-2001[S].北京：中国标准出版社，2001.

[8]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50325-2010[S].北京：中国计划出版社，2010.

[9]国家环境保护总局和卫生部.GB/T 18883-2002[S].北京：中国标准出版社，2002.

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[11]American Society for Testing Materials.ASTM E1333-96（2002）[S].Philadelphia，2002.

[12]European Committee for Standardization technical Committee.ISO 16000-9：2006 [S].Switzerland，2006.

[13]European Committee for Standardization.EN 717-1：2004[S].Switzerland，2004.