顶空-气相色谱法测定汽车座垫中总碳挥发量

王玲霞 许恒哲 孙思武 从明芳 斯芳珍 李梦洁

(浙江省轻工业品质量检验研究院，杭州 310018)

挥发性有机化合物是在标准压力101.325kpa下，沸点不高于250℃的所有有机化合物，是具有迁移性、持久性和毒性的重要环境污染物，可通过呼吸道、消化道和皮肤进入人体，对人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统造大伤害。汽车座垫生产过程使用各种化学品，导致挥发性有机物的残留。当温度较高时这些物质释放出来，达到一定浓度时会引起头痛、恶心、身体乏力等症状，甚至可能致癌。

目前，各车企对整车挥发性有机物比较关注，我国也出台了HJ/T 400-2007《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》、GB/T 27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》等标准。针对汽车零部件的挥发性有机物，主要制定了PV3341《汽车内饰非金属材料有机化合物排放测定》[5]和QB/T5249-2018《皮革 化学试验 总有机物挥发量的测定》[6]等标准，但是对于使用广泛的汽车座垫却没有相应的检测标准。

汽车内饰材料中挥发性有机物的采样方法大致分为5种，即采样袋法、环境箱法、顶空法、热解析法和甲醛挥发法[7]。挥发性有机物的测定一般用顶空-气质联用仪和顶空-气相色谱仪，气质联用仪优点在于可以测得挥发性有机物的具体种类的含量，顶空-气相色谱仪仅根据保留时间来确定种类存在误判的可能，因此更加适用于测定挥发性有机物总量。近年来，新材料和新工艺的不断地开发和运用，汽车座垫中挥发性有机化合物(VOC)的种类也逐渐增多，仅测定几种已知挥发性有机物的含量，不能全面反映汽车座垫的质量优劣，测定挥发性有机物总量的方法更为合理。本试验以聚氨酯人造革材料的汽车座垫为研究对象，以丙酮为标准物质，参照QB/T5249-2018，即采用顶空进样，毛细管色谱柱分离，通过氢火焰离子检测器(FID)测定总碳挥发量，为从源头控制汽车座垫的质量提供依据。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

气相色谱仪(TriPlus 300，ThermoFisher)，配顶空自动进样器；电子天平(ME204，梅特勒)；顶空瓶(20mL，ThermoFisher)。

正丁醇(色谱纯，上海安谱)、丙酮(分析纯，华东医药)。

1.2 标准溶液的配制

在10mL容量瓶中加入5mL正丁醇，称取0.1g丙酮，然后用正丁醇定容至刻度，得到浓度为10g/L的标准溶液。

分别移取0.5mL、1mL和5mL浓度为10g/L的标准溶液，用正丁醇定容至刻度，得到浓度为0.5g/L、1g/L、5g/L的标准溶液。

1.3 仪器工作条件

顶空条件：加热平衡温度为120℃；平衡时间为360min；腔温150℃；传输线180℃。

色谱柱：DB-WAX色谱柱 (30m×0.25mm,0.25 μm)；检测器：FID，温度为250℃；升温程序为：50℃保持3 min，12℃/min升温至200℃，保持4 min；进样口温度：200℃，分流进样方式，分流比为20∶1。

1.4 试验方法

2 结果与讨论

2.1 标样平衡时间

本方法在加热平衡时间分别为10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min条件下，测定同一浓度标准溶液中的丙酮色谱峰面积，测定结果见图1。根据试验结果，标样加热平衡时间为30 min时基本达到平衡，确定加热平衡时间为30 min。典型的丙酮标样色谱图见图2所示。

图1 平衡时间对丙酮标样的影响

图2 丙酮标样典型色谱图

2.2 样品平衡时间

目标物被包裹在样品基体中，其最佳的平衡时间与标样不同，加热平衡时间取决于目标物从样品基体到气相的扩散速度。由于样品基体和目标物的性质各异，最佳平衡时间需根据实验来确定。试验在加热平衡时间为1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h条件下，测定样品的总碳挥发量峰面积，见图3。可见，在1～5 h内，峰面积随平衡时间的延长明显增加，但5 h后，峰面积增加趋缓，表明样品已经基本达到平衡，为兼顾检测时效，确定样品加热平衡时间为6 h。典型的汽车座垫样品色谱图见图4所示。

图3 平衡时间对样品总碳挥发量的影响

2.3 顶空瓶加热温度

物质的蒸汽压与温度相关，直接影响分配系数。一般来说，顶空瓶温度增高，蒸汽压也随之增高，分析灵敏度就越高。试验在加热平衡温度分别为80℃、90℃、100℃、110℃、120℃和130℃条件下，测定汽车座垫中的总碳挥发量，结果见图5。可见，顶空瓶加热温度120℃时，总碳挥发量趋于稳定；当加热温度为130℃时，其它高沸点物质也会出峰，干扰测定，使总碳挥发量测定值增加。本试验确定处理汽车座垫的顶空瓶加热平衡温度为120℃。

图4 汽车座垫典型色谱图

图5 顶空瓶加热温度对汽车座垫总碳挥发量的影响

2.4 进样口温度

进样口温度应保证样品快速汽化，但温度太高有使样品待测组分分解的可能性，本试验分别测定了进样口温度为200℃、210℃、220℃、230℃时对丙酮峰面积的影响，见图6所示。实验结果表明丙酮的峰面积随着温度的升高而减小，确定进样口温度为200℃。

图6 进样口温度的影响

2.5 检测器温度

检测器温度的设置原则是保证流出色谱柱的组分不会冷凝，同时满足灵敏度的要求，检测器的灵敏度受温度影响不大，故检测器温度可以参照色谱柱的最高温度设定，本试验分别测定了检测器温度为240℃、250℃、260℃时对标准品的峰面积的影响，结果表明，在试验范围内，检测器温度对测定没有明显差异，而DB-WAX色谱柱的最高温度为250℃/260℃，因此，检测器温度设定为250℃。

2.6 标准曲线及标定系数

2.7 实际样品分析

随机选取10个市场上购买的汽车座垫，将样品用剪成约2mm×2mm大小的碎片，准确称量2.0g，保温6h后采用本文建立的方法进行分析检测， 按以下公式计算汽车座垫中总碳挥发量：

式中：X——样品的总碳挥发量，mg/kg；

A——样品色谱图中各色谱峰的峰面积总和；

V——每10mL瓶容积装入的丙酮标准溶液体积，μL；

m——每10mL瓶容积装入的样品质量，g；

k——丙酮标准曲线的斜率。

具体检测数据见表1，实验结果表明：汽车座垫均含不同程度的挥发性有机物，需要有关部门加强监督管理，避免挥发物有机物危害消费者的安全。

表1 随机选取10个汽车座垫检测结果

续表1

3 结论

建立了顶空-气相色谱仪测定汽车座垫中总碳挥发量的方法，确定了样品前处理条件和色谱条件，结果表明，该方法法前处理简单，检测快速高效，灵敏度高，适用于汽车座垫中总碳挥发量的检测。