汽车内饰非金属材料TVOC含量检测结果影响因素分析

彭 锦

（上海瀚海检测技术股份有限公司，上海 200433）

近年来，我国家庭汽车的市场需求越来越多，使很多汽车下了生产线就直接进入市场，导致各种配件和材料的有害气体没有释放期；同时安装在车内的塑料件、地毯、车顶毡、沙发等造型设计越来越注重造型感，加上供应商对成本的严格控制，内饰件中低成本的新材料不断被开发，新工艺也在不断地运用中。伴随着新材料新工艺的大量使用，车内总挥发性有机物（TVOC）的种类也逐渐增多。大量研究表明，乘客长期处于高浓度的TVOC环境中，会对自身身体健康造成不利影响[1]。TVOC检测过程中存在多种影响因素，为了确保 TVOC 检测结果可靠稳定以及结果一致，本工作从近几年来参与的实验室间TVOC 检测比对和DRRR能力验证活动出发，对影响 TVOC检测的主要因素展开研究。内饰非金属材料的 TVOC 检测主要的测试标准为德国汽车工业协会标准VDA277 顶空-气相色谱法。顶空-气相色谱法在进行 TVOC 检测时，具有检测取样量少、过程简单、灵敏度高以及分析快速的优点，是国内主机厂检测 TVOC 最常用的方法之一。

1 TVOC检测的影响因素

1.1 样品前处理过程中的影响因素

1.1.1 样品干燥方式（真皮材料）

对天然化合物（如棉、木头、皮革、毛）TVOC检测之前需要进行干燥预处理。由于真皮的制造工艺过程复杂，因此不同部位的真皮均匀性也较差。真皮材料的含水率一般大于 10%，水分含量的大小直接影响FID检测器的检测结果，从而影响样品TVOC含量。为了降低样品中水分含量对结果的影响，TVOC 测试标准中规定，天然化合物需用氯化钙干燥 24h 后再进行测试。但标准中对干燥处理方式未做明确规定，实际操作中发现处理方式不同，结果不同。相同部位的真皮材料先干燥后裁剪和先裁剪后干燥两种不同的前处理方式，结果有着明显的差异，如表1 所示。

表1 真皮裁剪前后干燥的 TVOC 值

1.1.2 样品裁剪尺寸大小

TVOC 测试过程中，样品的破碎裁剪是前处理中重要的一个环节。如表2 所示，相同零件取样，当所裁剪的颗粒质量范围不同时，该零件的 TVOC 值可达到 8.143%的偏差。测试样品裁剪的颗粒大小或质量直接影响样品的散发面积。当总质量一定时，破碎裁剪单个粒子质量越小，即体积越小，则破碎颗粒的总个数增多，样品表面积相对增大，散发面积增大。样品表面挥发性有机物挥发面积增大，TVOC 值也相对增加。

表2 颗粒裁剪不同质量的 TVOC 值

样品TVOC 值与破碎颗粒大小不呈线性关系。胡金妮等研究发现，将 ABS 粒子粉碎到 30 目和 60 目，其测试的TVOC 值的大小并无名显差异，即当样品破碎颗粒小到一定程度时，在相同温度和相同加热时间内 TVOC 含量达到平衡。

1.1.3 发泡类产品取样量

发泡类测试样品密度较低，按照标准取样1.2g（名义体积10mL，实际体积12mL）时，样品会接近顶空瓶口，实际测试中会对样品进行按压；样品表面积减小，散发值减小。业内常规操作方式称样量减半（0.6g），来减少按压样品带来的表面积变化。同种样品分别按照不同称样量进行测试，测试结果不同，如表3所示。按照顶空测试的要求，测试样品在顶空瓶里应该不超过瓶子体积2/3。

表3 不同取样质量泡棉的 TVOC 值

2,3最终结果已换算为1.200g；

4偏差此处是与业内常规操作方式称样量结果做比较。

1.2 样品分析过程中的影响因素

总碳散发值EG（μg/g）计算公式如下：

式中：

EG为总碳散发值，单位：μgC/g；

k（G）为丙酮曲线斜率；

2为与“g 样品”有关，是由10mL的小瓶中装1g样品但装2μL标定溶液计算而得；

0.620 4为代表丙酮中碳的质量分数。

由计算公式可得知，总峰面积，空白峰面积及丙酮曲线斜率对总碳散发值的结果有影响。

1.2.1 空白峰面积

按照其他散发测试空白中目标物最低含量要求TVOC测试空白峰面积需要小于0.5mg/L丙酮峰面积。空白污染主要来源有环境、顶空瓶、进样口、色谱柱。考虑到成本关系，实验室实际测试中顶空瓶会被反复利用。然而TVOC 检测的非金属材料种类多样，有成品塑料件、皮革织物；也有原材料油漆、胶水、粉末等挥发性有机物含量高的，如果对反复使用过的顶空瓶清洗及存放环境不加以严格控制，会导致顶空瓶受到污染。表4 为实验室将顶空瓶放置不同环境下的空白值，其中废液室高达 14.781μg/g。

表4 不同环境下的空白TVOC值

顶空法就是直接将固体样品置顶空瓶中，在规定的温度下保温规定的时间，使残留溶剂在两相中达到气固平衡，定量取气体进样测定在一定程度上避免样品测试过程中直接对进样口、色谱柱、FID 检测器的污染。但是，长期未运行的设备或者运行胶水类样品较多时应对进样口、色谱柱和检测器进行日常的老化维护和空白监控。当色谱柱中有残留峰面积小于0.5g/L丙酮标准溶液峰面积的10%时影响不大。当残留峰面积较大，样品结果积分时就会把残留峰面积一起算进样品的总峰面积中，导致结果偏大。

1.2.2 总峰面积

总峰面积结果就是将规定时间内所有出峰的峰面积加和。在实际检测过程中积分参数设定要求最小峰面积大于0.5g/L丙酮标准溶液峰面积的10%，最小峰高度大于基线三倍值的10%。此外，由于气相色谱仪型号的差异，对于样品的峰面积有时需要手动积分处理，而这些处理方式极可能会对样品检测结果准确性造成一定影响。

1.2.3 丙酮标准曲线斜率k

丙酮标准曲线斜率对 TVOC 的检测结果影响较大。丙酮标准品、正丁醇试剂的纯度及有效期、测试人员配制标准溶液的准确性以及操作手法的稳定性都会对最终结果产生影响。一般情况下丙酮/正丁醇标准溶液有效期为6个月，然后每个月需要运行完整曲线。对于同一台测试设备标准溶液在有效期内，丙酮标准曲线斜率k应该是稳定的。表5 为本实验室2020年7月到12月期间0.5g/L、100g/L丙酮标准溶液峰面积和曲线斜率k。当曲线斜率k值出现较大波动时需要找到变化原因，如有需要重新配制标准溶液。

表5 某实验室 7—12 月份 0.5g/L、100g/L标液峰面积及 k 值

1.2.4 样品的保温时间

研究中发现样品的保温时间对TVOC结果影响显著，同一款PVC革，在不同保温时间内TVOC测试结果不同，最大相差52.004%，具体见表6。随着保温时间的增减，PVC革中挥发性有机物散发量增加。

表6 不同保温时间 TVOC值

2 结论

通过总结日常总挥发性有机物测试及探索实验，得出了影响汽车内饰非金属材料TVOC含量检测结果的影响因素。首先是样品预处理裁剪阶段，需要按照规定要求执行；其次对于真皮材料在测试之前要确定好预处理方式，破碎后再干燥；最后对于发泡类材料，要依据实际样品状况，确认好体称样量后再进行测试。除此之外，还需对人员能力、设备状态、标准物质、环境空白等因素进行日常监督，从而确保结果准确稳定。