床墊產(chǎn)品中揮發(fā)性有機(jī)化合物釋放測(cè)試技術(shù)的研究

景 艷，朱夢(mèng)迪，張 濱

(上海市建筑科學(xué)研究院(集團(tuán))有限公司，上海 201108)

1 引言

室內(nèi)裝飾裝修材料及家具釋放出的揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs：volatile organic compounds)是室內(nèi)空氣污染物的重要來(lái)源，從源頭控制室內(nèi)裝飾裝修材料及家具的揮發(fā)性化學(xué)物釋放是減少室內(nèi)空氣污染的重要手段[1]。劣質(zhì)床墊在使用時(shí)會(huì)釋放出多種VOCs，包括酰胺類，鹵代烴類、酯類等[2]，人的一生有約1/3的時(shí)間處在睡眠狀態(tài)，床墊釋放出的VOCs對(duì)人體健康的影響更為明顯[3]。本文選取苯、甲苯等11種物質(zhì)進(jìn)行研究測(cè)定，建立了環(huán)境測(cè)試艙法測(cè)定床墊中VOCs釋放量的方法，同時(shí)檢測(cè)了床墊中可能檢出的其它VOCs的釋放情況，探究床墊揮發(fā)性物質(zhì)對(duì)室內(nèi)空氣的影響。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 儀器與材料

床墊：16組彈簧床墊、乳膠墊及棕墊，均為市購(gòu)，出廠前用聚乙烯袋密封，在進(jìn)行試驗(yàn)前，樣品在 23 ℃條件下密封保存或運(yùn)輸，通風(fēng)條件下存放，避免污染。

環(huán)境測(cè)試艙：內(nèi)體積30 m3，上海福軒環(huán)保科技有限公司。

熱脫附-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(TD-GC-MS)：質(zhì)譜檢測(cè)器5975C。

恒流大氣采樣儀：QC-2型，雙通道。

采樣管：Tenax-石墨化炭黑(T-C)復(fù)合管。

試劑：苯、甲苯、乙酸丁酯、乙苯、對(duì)/間二甲苯、苯乙烯、鄰二甲苯、十一烷等混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，以及異辛酸、十二烷、十四烷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%，均為市購(gòu)。

2.2 實(shí)驗(yàn)條件

2.2.1 環(huán)境測(cè)試艙運(yùn)行條件

溫度23 ℃，相對(duì)濕度50%，空氣交換率1.0次/h，試樣表面空氣流速(0.1～0.3)m/s。

2.2.2 熱脫附條件

脫附溫度：280 ℃；脫附時(shí)間：10 min；氣體流量： 50 mL/min；冷阱溫度：-10 ℃；冷阱加熱速率：40 ℃/min；冷阱脫附溫度： 280 ℃；冷阱脫附時(shí)間： 10 min；傳輸線溫度：225 ℃。

2.2.3 色譜條件

色譜柱：DB-1， 60 m×0.25 mm×0.25 μm；升溫程序：50 ℃保持5 min，然后以8 ℃/min的速度升溫到 250 ℃；載氣：氦氣，純度大于99.999%；掃描方式：離子數(shù)30-350；電離能量：70 eV；離子源溫度：250 ℃。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

取一定量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或標(biāo)準(zhǔn)溶液于10 mL容量瓶，用甲醇定容作為儲(chǔ)備液。將儲(chǔ)備液逐級(jí)稀釋得到各級(jí)濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液。取各濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液注入吸附管，置于TD-GC-MS上分析，以目標(biāo)物質(zhì)含量為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2.4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

按照實(shí)驗(yàn)條件運(yùn)行環(huán)境測(cè)試艙至少6 h后進(jìn)行環(huán)境測(cè)試艙背景濃度的測(cè)定，當(dāng)背景空氣中TVOC濃度不大于0.005 g/m3后方可進(jìn)行下一步試驗(yàn)。然后將樣品床墊拆除外包裝后放入環(huán)境艙測(cè)試，關(guān)閉艙門運(yùn)行24 h后采集環(huán)境測(cè)試艙內(nèi)空氣，以0.5 L/min的流速采樣20 min，采樣結(jié)束后立即通過(guò)TD-GC-MS分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 線性范圍和檢出限

按照2.3節(jié)中的方式繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果表明目標(biāo)物質(zhì)的質(zhì)量在一定范圍內(nèi)與對(duì)應(yīng)的峰面積呈正相關(guān)的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表1。配制標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋，將各濃度溶液由低到高依次注入吸附管，上機(jī)分析，某一低濃度溶液不出峰時(shí)，以其上一級(jí)2倍濃度為最低檢出限，換算得出單一VOC檢出限為0.002 g/m3，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)譜圖分別如圖1、圖2所示，本實(shí)驗(yàn)所用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為市購(gòu)混合標(biāo)液，因此標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)譜圖中含有其他物質(zhì)。

表1 目標(biāo)物質(zhì)線性方程及相關(guān)系數(shù)

圖1 苯、甲苯、乙酸丁酯、乙苯、對(duì)/間二甲苯、苯乙烯、鄰二甲苯、十一烷的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)譜

3.2 精密度

以甲苯為單標(biāo)進(jìn)行精密度測(cè)試，稱取一定量甲苯，制成標(biāo)準(zhǔn)溶液，注入30 m3環(huán)境測(cè)試艙，同時(shí)用6根采樣管收集后放入TD-GC-MS進(jìn)行精密度測(cè)試。結(jié)果見(jiàn)表2，表明甲苯的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.52%，重復(fù)性良好。

圖2 異辛酸、十二烷、十四烷的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)譜圖

表2 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.3 床墊產(chǎn)品釋放量結(jié)果

11種VOCs和總揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC:Total volatile organic compounds)的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3，TVOC的計(jì)算中，11種VOCs以其自身的響應(yīng)因子計(jì)算，其它物質(zhì)以甲苯的響應(yīng)因子計(jì)算。根據(jù)表3可以發(fā)現(xiàn)：本次研究的床墊檢出的TVOC含量大于GB 50325-2020標(biāo)準(zhǔn)中Ⅰ類建筑限量指標(biāo)0.45 mg/m3的共計(jì)3件，占18.75%，大于該指標(biāo)一半0.225 mg/m3的共計(jì)14件，占87.5%。由此可見(jiàn)，一方面，盡管本次研究檢出的單一VOC揮發(fā)量較低，但是多種化合物同時(shí)存在時(shí)，作用疊加會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生潛在危害；另一方面，臥室還有其它裝飾裝修材料和家具會(huì)釋放出VOCs，就GB 50325-2020的TVOC技術(shù)指標(biāo)來(lái)看，床墊的VOCs釋放量亟待有效控制。

表4列出了16件床墊中揮發(fā)性有機(jī)化合物的檢出率，主要檢出物質(zhì)為癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、四氫二聚環(huán)戊二烯、四甲基丁二腈、異辛酸、碳酸丙烯酯等化合物，樣品中VOCs典型譜圖見(jiàn)圖 3，其中癸烷、十一烷、十二烷、十三烷及十四烷等烷烴主要用于制作乳膠橡膠等材料，一般天然乳膠或者棕墊床墊使用的天然材料造價(jià)昂貴，但相應(yīng)的原料環(huán)保，然而廉價(jià)品牌更傾向于選擇成本低、工藝簡(jiǎn)單的化工膠[4]；碳酸丙烯酯常用作油性紡絲溶劑，烯烴、芳烴萃取劑，水溶性染料及顏料分散劑等；四甲基丁二腈是偶氮二異丁腈分解反應(yīng)生成的中間體，后者一般用于化工原料的自由基引發(fā)劑以及發(fā)泡劑，四甲基丁二腈吸入人體后可引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮，嚴(yán)重者抑制神經(jīng)系統(tǒng)，更甚者引起抽搐，窒息；四氫二聚環(huán)戊二烯是有機(jī)合成中間體，用于生產(chǎn)防老劑，一般用來(lái)防止橡膠老化，延長(zhǎng)床墊使用壽命；異辛酸用于染料、香料合成，對(duì)皮膚、粘膜有刺激作用，受熱分解放出刺激性酸霧。這幾種物質(zhì)主要來(lái)源于床墊生產(chǎn)過(guò)程中使用的人造化工原料，比如染料、發(fā)泡劑，抗老化劑[5]。

表3 床墊中11種揮發(fā)性有機(jī)化合物檢測(cè)結(jié)果匯總 mg/m3

表4 床墊中揮發(fā)性有機(jī)化合物檢出率

圖3 樣品3 VOCs質(zhì)譜圖

4 結(jié)論

建立了環(huán)境測(cè)試艙法測(cè)定床墊中11種VOCs釋放量的方法，方法具有較好的檢出限和精密度，通過(guò)該方法進(jìn)行實(shí)際床墊檢測(cè)發(fā)現(xiàn)床墊產(chǎn)品中VOCs對(duì)室內(nèi)空氣的影響較大，對(duì)VOCs的控制需要加強(qiáng)，VOCs大多為源于床墊生產(chǎn)過(guò)程中使用的染料、發(fā)泡劑、抗老化劑的烯烴、長(zhǎng)鏈烷烴、酯類物質(zhì)。