隨著國內(nei)(nei)外車內(nei)(nei)揮(hui)發(fa)性(xing)有機化合物（VOC）控制(zhi)相關(guan)標準的陸續發(fa)布，對汽車內(nei)(nei)空(kong)氣(qi)質量(liang)的關(guan)注(zhu)已經(jing)成為(wei)全社會的一個熱點。汽車工(gong)業作為(wei)塑料應用的一個重要巿(fu)場，因而VOC也是車用塑料供應商關(guan)注(zhu)的熱點。本文介紹針對VOC濃度分析簡單易行的靜態頂空(kong)法檢測技(ji)術，以及在車內(nei)(nei)VOC檢測的具體應用。

靜(jing)態(tai)頂(ding)空法(fa)—氣相色譜（HS-GC）是一(yi)項(xiang)對揮發性有機化合物（VOC）濃度(du)分析的技術(shu)手段。該方法(fa)易于操(cao)作，能滿(man)足大部分應用對靈敏度(du)的要(yao)求。

近幾年HS-GC的(de)使(shi)用增長很快，在許多分(fen)析領域已成為全球(qiu)認可的(de)方(fang)法，例如(ru)用于檢測血液中(zhong)的(de)酒精濃度，藥物(wu)(wu)制品中(zhong)的(de)殘余(yu)溶劑，工業聚合物(wu)(wu)、顏(yan)料(liao)、塑料(liao)、建筑材料(liao)中(zhong)的(de)殘余(yu)單體(ti)含量，食品中(zhong)的(de)香料(liao)，香水和化妝品中(zhong)的(de)香精等(deng)方(fang)面(mian)的(de)分(fen)析。

血液、塑料和化(hua)妝品(pin)(pin)這類樣品(pin)(pin)成(cheng)分(fen)非常復雜，既(ji)含有不易(yi)揮(hui)發(fa)的(de)大分(fen)子物(wu)質(zhi)，也含有易(yi)揮(hui)發(fa)的(de)小分(fen)子化(hua)合物(wu)。直(zhi)接從恒溫后的(de)樣品(pin)(pin)瓶中采(cai)集頂空(kong)的(de)揮(hui)發(fa)性(xing)樣品(pin)(pin)，這種(zhong)靜態頂空(kong)進樣法(fa)(fa)是分(fen)析揮(hui)發(fa)性(xing)有機化(hua)合物(wu)時的(de)首選方法(fa)(fa)。

在許(xu)多(duo)案例中，揮發至塑料、燃(ran)料、油或藥品上方空(kong)(kong)氣(qi)中某種有機化合(he)物的濃度，能夠提(ti)供有關(guan)這些固體(ti)和液體(ti)內部變化的非常準確的信息(xi)。例如(ru)，藥品劑型會揮發出殘余溶(rong)劑，任何溶(rong)劑都(dou)會有特定的蒸(zheng)汽壓(ya)，蒸(zheng)汽壓(ya)的變化將會反映固體(ti)藥品上方空(kong)(kong)氣(qi)中化學成分的變化。

新塑料(liao)在(zai)高溫環(huan)境中非常(chang)容易散發出(chu)剩(sheng)余(yu)單體和塑化劑這些(xie)揮發性物(wu)(wu)(wu)質(zhi)，有些(xie)甚至在(zai)室溫中也如此，典型的如常(chang)被用做汽(qi)車儀(yi)表(biao)盤、地毯、建(jian)材(cai)（PVC或聚丙烯(xi)管材(cai)）和飲料(liao)桶等的塑料(liao)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)（聚丙烯(xi)、聚氯(lv)乙烯(xi)或聚乙烯(xi)和鄰苯二甲酸酯的共(gong)聚物(wu)(wu)(wu)）。

隨著人們(men)在(zai)揮發(fa)性有機化合物對環(huan)境(jing)污(wu)染(ran)和人體健康(kang)影響(xiang)方面認識的(de)提高，歐(ou)盟(meng)對塑料產品的(de)揮發(fa)性物質提出了更(geng)嚴格(ge)的(de)要求。歐(ou)盟(meng)指(zhi)令89/106/EE6中寫道(dao)：“健康(kang)的(de)室內(nei)環(huan)境(jing)可以通過控制(zhi)來源，消除(chu)或限制(zhi)污(wu)染(ran)排放來實現。”

 符合歐(ou)盟(meng)建筑室內空氣(qi)舒適法規(gui)的(de)例子之一是歐(ou)陸（Eurofins）集團適用于消費類產品的(de)REACH產品標準，它(ta)規(gui)定了較低VOC檢(jian)測限。

無論在何種情況下，歐(ou)盟的塑料產品(pin)制造商(shang)必須滿足REACH法規(gui)（注(zhu)冊、評估、批準和(he)化學(xue)品(pin)限制），以證明(ming)制造過(guo)程中所使用的化學(xue)品(pin)對健康和(he)環境不會(hui)造成傷害(hai)。

與此相反(fan)，美(mei)(mei)國環保署（EPA）盡管也強(qiang)調家具、建材(cai)和(he)地毯(tan)中VOCs的危害(hai)性，但僅僅對甲醛含(han)量做出(chu)了嚴(yan)格限(xian)制(zhi)。在(zai)美(mei)(mei)國，有(you)(you)關(guan)單一VOCs的標準建立在(zai)工業(ye)或(huo)制(zhi)造(zao)領域已(yi)發(fa)現的含(han)量基(ji)礎上。由于對于非工業(ye)室內環境，例如(ru)車內，幾乎沒(mei)有(you)(you)管轄權，美(mei)(mei)國聯邦政府(fu)并沒(mei)有(you)(you)針(zhen)對痕量VOC含(han)量的相關(guan)標準，VOCs對健康的影響(xiang)僅屬于復雜的流行病學(xue)范疇。

加州是個例外，在加州65提案中嚴肅提及了VOCs的問題，而且加州空氣資源委員會（CARB）規程中嚴格規定了包含汽車和建筑在內的消費類產品中的VOCs含量。

健康問題

塑(su)料(liao)中釋放(fang)出來的單體、降解產(chan)物或(huo)增塑(su)劑(ji)，長(chang)期以來被(bei)認為是造成(cheng)許多健康問題(ti)的潛在(zai)原(yuan)因。

例(li)如，廣(guang)泛用于(yu)汽車內(nei)飾的(de)乙烯基塑料，當處在(zai)高溫(wen)或(huo)潮濕環境(jing)中時(shi)會(hui)釋放揮發(fa)性有(you)機(ji)化合(he)物(wu)，從而引起“室內(nei)環境(jing)綜合(he)癥”。若(ruo)人體長(chang)時(shi)間吸入或(huo)皮(pi)膚接觸(chu)這些化合(he)物(wu)，會(hui)引起一系列癥狀，例(li)如眼睛、鼻(bi)子(zi)和喉嚨(long)感覺刺激、視力模糊、頭(tou)昏、關節疼痛、疲(pi)勞(lao)、惡心(xin)、胸口痛，有(you)些甚至會(hui)引起心(xin)律失常。

“化(hua)(hua)學物質過敏(min)癥”如今是(shi)個廣受關注(zhu)和爭議的(de)健康相關話題。人們相信長時(shi)間持續(xu)暴露在低(di)水平的(de)VOCs中(zhong)亦會(hui)導致(zhi)“化(hua)(hua)學物質過敏(min)癥”發病率的(de)上升。

之所以會(hui)引起(qi)爭議，則是因為在實驗條件(jian)下該癥(zheng)狀(zhuang)很難(nan)重現，某(mou)些研究人(ren)員甚(shen)至開(kai)始(shi)懷疑是否有這種過敏(min)癥(zheng)存在。然而，的確有很多人(ren)受到這種即(ji)刻(ke)發作的過敏(min)癥(zheng)的折磨，并(bing)且病情(qing)會(hui)持續發展。

頂空分析與GC-MS

頂空分(fen)析(xi)與氣質（GC-MS）聯(lian)用(yong)，是(shi)一種非常有效的整體分(fen)析(xi)手段，它可以簡便迅速(su)的對(dui)原材料和塑(su)料成品的VOCs進(jin)行分(fen)析(xi)。

在簡單進行(xing)樣(yang)(yang)(yang)品制(zhi)備后（有些樣(yang)(yang)(yang)品甚至(zhi)不(bu)需制(zhi)樣(yang)(yang)(yang)），樣(yang)(yang)(yang)品被密封(feng)在瓶中(zhong)，然后在不(bu)同的(de)溫度下加熱(re)，通過頂空采(cai)樣(yang)(yang)(yang)，我們將(jiang)得(de)到不(bu)同溫度下釋放的(de)有機物，最后通過MS的(de)單離(li)子檢測(ce)模式或全掃描模式來測(ce)定。該(gai)方法特別適宜于工(gong)廠中(zhong)大批量(liang)產(chan)品的(de)質控檢測(ce)。

使用布(bu)魯克SHS-40自(zi)動頂空(kong)進(jin)樣器(qi)與(yu)SCION單四極桿(gan)質(zhi)譜（SQMS）聯用，我們在獲得全范圍的(de)定量數(shu)據的(de)同時，還能(neng)在NIST等譜庫內檢索對(dui)化(hua)合物(wu)進(jin)行初步定性。這(zhe)通過實時監測，使用系統一體化(hua)的(de)譜庫搜索軟件直接(jie)對(dui)材料中頂空(kong)物(wu)質(zhi)譜圖(tu)與(yu)標準數(shu)據庫中的(de)譜圖(tu)進(jin)行比較實現。

車用塑料

汽車內部許多部件都使(shi)用(yong)塑料(liao)材料(liao)，因此制(zhi)造商有責任保證(zheng)用(yong)戶不(bu)會(hui)受到有害物(wu)質的(de)(de)(de)侵襲(xi)，特別是在很少通風(feng)或根本不(bu)通風(feng)的(de)(de)(de)情況下，材料(liao)被暴曬或加(jia)熱時，例如：汽車的(de)(de)(de)保險杠常(chang)常(chang)直曬曝露在高溫下，如果通風(feng)情況不(bu)好，將釋放出大量的(de)(de)(de)有機物(wu)。

某歐洲委員會在2009年就如何管理使(shi)用過的(de)(de)汽車進(jin)行的(de)(de)研(yan)究指(zhi)出：車內空氣中的(de)(de)VOC含量常(chang)常(chang)超(chao)標，有時苯含量會達(da)到149.1μg/m3以上；而(er)在夏(xia)天，當車內氣溫升(sheng)至70℃時，總體VOC含量甚至會升(sheng)高(gao)40%。

這(zhe)些情況下，頂空(kong)GC-MS是一種非常有(you)效的(de)方法，它能迅速定(ding)性定(ding)量出各種溫度條件下的(de)VOC釋放情況。

科學家在最新一項(xiang)關于汽車(che)塑料部(bu)件的(de)(de)(de)頂空GC-MS研(yan)究中(zhong)使(shi)用了車(che)用聚(ju)丙烯材料作為樣(yang)品(pin)(pin)。他(ta)們將(jiang)聚(ju)丙烯切成(cheng)標準大小的(de)(de)(de)小塊(kuai)，放(fang)入一系列(lie)20ml的(de)(de)(de)頂空瓶(ping)(ping)中(zhong)，每(mei)個瓶(ping)(ping)中(zhong)大致放(fang)0.5-1g。樣(yang)品(pin)(pin)被置于不同的(de)(de)(de)溫度(du)條件下，然后用單四極桿GC-MS進行全掃描，得到樣(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)指紋譜圖顯示低(di)水(shui)平(ping)揮發(fa)性有機物的(de)(de)(de)存在。

該實驗的設計目的是為(wei)了確定在溫度壓(ya)力下，樣品是否會產生足(zu)以引(yin)起重視的VOC。

而汽車塑料部件(jian)樣品(pin)最終揮(hui)發出了20種對人體有潛在危害的碳氫化合(he)物。根據REACH規定，這些都必(bi)須被分析(xi)并(bing)且(qie)記錄在案。

如何減少VOC的危害

我們可以通過(guo)一種叫做(zuo)“烘焙”的(de)(de)方法(fa)來(lai)減少汽車內(nei)聚合(he)物(wu)(wu)中VOC的(de)(de)排(pai)放(fang)(fang)，適宜的(de)(de)產品包括(kuo)低密度聚乙烯、聚丙烯和一些最新(xin)的(de)(de)生物(wu)(wu)聚合(he)物(wu)(wu)材料(liao)，例(li)如(ru)聚乳(ru)酸(suan)（PLA）和聚丁二酸(suan)丁二醇酯(zhi)(PBS)。該(gai)方法(fa)是將汽車塑料(liao)部件放(fang)(fang)置在(zai)設定(ding)的(de)(de)溫度環境中一段時間，經(jing)過(guo)一系列溫度變化，其中的(de)(de)VOC將基本完全揮(hui)發并被處理，該(gai)部件不再(zai)釋放(fang)(fang)任(ren)何有(you)害化學物(wu)(wu)質。整個過(guo)程可以用HSGC-MS進行(xing)監控。

結論

顯然，現代材料經常會面臨VOC的(de)(de)問(wen)題(ti)，這些揮(hui)發性物質對人類健康的(de)(de)影(ying)響逐漸被人們認識。制造商(shang)和研究(jiu)人員都需要重視和考慮VOCs的(de)(de)含(han)量(liang)問(wen)題(ti)。頂空GC-MS法是檢測該類指標(biao)的(de)(de)良好工具，我們可以使用它來確(que)保產品滿足法規(gui)要求，以利將來的(de)(de)更好發展。

通過頂空GC-MS法(fa)，研究人員可獲得(de)塑料(liao)部件在不同(tong)溫度散發出來(lai)的(de)低水(shui)平揮(hui)發性有(you)(you)機物的(de)相當全(quan)面的(de)定性定量(liang)信息(xi)。總離(li)子流圖(tu)（TICs）可用來(lai)獲得(de)單獨某(mou)一種塑料(liao)材料(liao)的(de)指紋譜圖(tu)，這些指紋譜圖(tu)被用于質(zhi)檢中，可控制揮(hui)發性有(you)(you)機物的(de)排放量(liang)，以及發現是(shi)否有(you)(you)其他物質(zhi)混雜在內。

SHS-40和SCIONGC-MS聯用，然后通過(guo)NIST等提(ti)供的(de)質譜譜庫(ku)進行檢索，是(shi)相當靈(ling)活(huo)方便的(de)揮(hui)發性(xing)有機物定性(xing)定量工(gong)具(ju)。

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