一種快速檢測(cè)汽車零部件氣味的方法

張曉俊，王董浩，韓國(guó)松

一種快速檢測(cè)汽車零部件氣味的方法

張曉俊1，王董浩2，韓國(guó)松2

（1.上汽大眾汽車有限公司，上海 201805；2.上汽大眾汽車有限公司寧波分公司，浙江 寧波 315336）

文章綜述了目前汽車零部件氣味管控現(xiàn)狀，管控手段主要包括專業(yè)氣味人員主觀氣味性評(píng)價(jià)、TVOC檢測(cè)以及GCO-MS技術(shù)等。針對(duì)以上手段在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的局限，文章介紹了一種利用便攜式質(zhì)譜儀檢測(cè)氣味的快速質(zhì)譜技術(shù)，并展示了該技術(shù)在汽車氣味檢測(cè)領(lǐng)域上的實(shí)際應(yīng)用案例。通過分析，文章得出結(jié)論：快速質(zhì)譜技術(shù)操作簡(jiǎn)便，測(cè)試結(jié)果線性一致性較好，對(duì)測(cè)試環(huán)境要求較低且測(cè)試時(shí)間較短，可實(shí)現(xiàn)在上線前對(duì)零件氣味狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

主觀氣味性評(píng)價(jià)；GCMS；快速質(zhì)譜技術(shù)；便攜式質(zhì)譜儀；碎片離子峰

1 汽車零部件氣味管控現(xiàn)狀

隨著人們生活水平的提高和汽車的普及，車內(nèi)空氣質(zhì)量受到越來越多消費(fèi)者的重點(diǎn)關(guān)注[1-2]。車內(nèi)空氣質(zhì)量是指車內(nèi)氣味的品質(zhì)，與駕乘人員的身體健康密切相關(guān)[3]。目前，國(guó)內(nèi)主機(jī)廠通過控制零部件及原材料氣味的方式對(duì)車內(nèi)氣味狀態(tài)進(jìn)行控制[4-6]，管控手段主要包括專業(yè)氣味人員主觀氣味性評(píng)價(jià)、TVOC檢測(cè)以及應(yīng)用GCO-MS技術(shù)等[7]。

主觀氣味性評(píng)價(jià)是一種嗅覺辨別法，對(duì)專業(yè)氣味人員的嗅覺能力要求很高[8-9]。實(shí)際評(píng)價(jià)過程中由于不同人員對(duì)氣味感知能力不同，受到包括溫濕度、人員健康狀態(tài)甚至心情等諸多因素的影響，使得不同人員的氣味評(píng)價(jià)結(jié)果差異較大[10-12]。因此，氣味性評(píng)價(jià)結(jié)果主觀性過強(qiáng)。另外，部分零件原材料無法進(jìn)行主觀氣味性評(píng)價(jià)，如含玻纖和粉末類的材料。但目前市場(chǎng)上還沒有能夠快速準(zhǔn)確評(píng)價(jià)氣味強(qiáng)度和辨別氣味種類的方法和設(shè)備。

TVOC檢測(cè)是一種利用專業(yè)設(shè)備如GCMS（氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀）對(duì)零件釋放的化合物進(jìn)行定量分析的方法，主要包含袋式法和艙式法兩種[13]，這兩種測(cè)試方法普遍存在的問題是除了需要前端樣品加熱及氣體采集設(shè)備，還需要配套后期分析設(shè)備，設(shè)備體積龐大，測(cè)試周期長(zhǎng)，無法進(jìn)行及時(shí)有效的監(jiān)控。往往在發(fā)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果不合格時(shí)，不合格零件已經(jīng)批量上線[14]。

GCO-MS技術(shù)將GC的分離能力與人的敏感嗅覺相結(jié)合，在獲得樣品釋放的化合物組成的同時(shí)，獲得有氣味響應(yīng)的化合物的氣味強(qiáng)度結(jié)果和氣味類型[10]。不僅可從復(fù)雜的揮發(fā)性物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)相應(yīng)氣味活性物質(zhì)，還可以獲得氣味化合物的氣味類型。但氣味評(píng)價(jià)結(jié)果仍來源于專業(yè)氣味人員，同時(shí)存在傳統(tǒng)TVOC測(cè)試設(shè)備體積龐大、測(cè)試耗時(shí)長(zhǎng)的缺點(diǎn)，該技術(shù)同樣無法應(yīng)用于整車廠氣味在線批量監(jiān)控，而且相對(duì)于主觀氣味性評(píng)價(jià)，此方法對(duì)氣味評(píng)價(jià)人員的能力要求更高。

為了更好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)氣味狀態(tài)監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)需要一種快速測(cè)試技術(shù)來滿足質(zhì)量控制的需求。本文中使用的這種快速質(zhì)譜技術(shù)就能很好地解決目前面臨的問題。首先使用GCMS全譜分析來確定待測(cè)零件揮發(fā)的主要?dú)馕段镔|(zhì)成分，待測(cè)零件僅需在首次測(cè)試前進(jìn)行一次全譜分析，通過參考標(biāo)準(zhǔn)圖譜來確定產(chǎn)生氣味的特征碎片離子峰，隨后使用便攜式質(zhì)譜儀對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，通過對(duì)比特征碎片離子峰強(qiáng)度是否波動(dòng)來確定零件氣味狀態(tài)是否穩(wěn)定，該方法操作簡(jiǎn)便，對(duì)測(cè)試環(huán)境要求較低且測(cè)試時(shí)間較短，每次測(cè)試只需要3～5分鐘即可完成，可實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的，且該設(shè)備體積較小，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)測(cè)試，因此能夠快速、便攜、靈敏地實(shí)現(xiàn)汽車零部件的氣味狀態(tài)監(jiān)控。

2 汽車零部件氣味快速評(píng)價(jià)方法應(yīng)用

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)試方法

本文使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是英國(guó)ESS公司生產(chǎn)的Ecosys-P型便攜式四極桿質(zhì)譜儀，該質(zhì)譜儀進(jìn)樣方式分為膜進(jìn)樣和毛細(xì)管進(jìn)樣兩種模式。該設(shè)備應(yīng)用了熱解析和質(zhì)譜混合技術(shù)，對(duì)采集的氣體分子進(jìn)行快速預(yù)濃縮，然后將其注射進(jìn)入質(zhì)譜儀。最后通過將氣體分子裂解，并對(duì)帶電荷的離子按質(zhì)荷比（/）大小依次排列形成質(zhì)譜圖。

本文中所有待測(cè)樣品的進(jìn)樣方式均采用毛細(xì)管直接進(jìn)樣，進(jìn)氣流量為20～25 ml/min，將樣品置于帶氣閥的氣體采集袋中，然后將采集袋密閉，待測(cè)樣品無需進(jìn)行前處理，所有測(cè)試掃描模式均選擇全掃描模式，將質(zhì)譜儀自帶毛細(xì)取樣管與氣體采集袋上的氣閥連接，需確保接口處密封性能良好，將其調(diào)整至測(cè)試模式。打開氣閥開始測(cè)試，獲得以質(zhì)荷比（/）為橫坐標(biāo)，以離子峰強(qiáng)度為縱坐標(biāo)的質(zhì)譜圖。

2.2 風(fēng)窗清洗液氣味快速評(píng)價(jià)方法

本文首先嘗試使用便攜式質(zhì)譜儀對(duì)車用風(fēng)窗清洗液氣味進(jìn)行分析。風(fēng)窗清洗液氣味問題一直備受關(guān)注，合格風(fēng)窗清洗液產(chǎn)生的氣味主要物質(zhì)為乙醇，若違規(guī)添加甲醇，不僅會(huì)造成風(fēng)窗清洗液氣味異常，還會(huì)對(duì)駕乘人員身體健康造成嚴(yán)重危害[15]。

圖1 甲醇和玻璃清洗液測(cè)試結(jié)果

圖2 不同甲醇含量標(biāo)準(zhǔn)溶液中質(zhì)荷比為31和45的離子峰強(qiáng)度關(guān)系

使用便攜式質(zhì)譜儀分析得到正常風(fēng)窗清洗液和甲醇的質(zhì)譜圖，測(cè)試結(jié)果見圖1。可發(fā)現(xiàn)二者存在明顯差異：在風(fēng)窗清洗液的質(zhì)譜圖中，質(zhì)荷比/=31為特征主峰，且在/=45的位置有碎片離子峰出現(xiàn)；在甲醇的質(zhì)譜圖中，質(zhì)荷比/=31為特征主峰，而在/=45處無碎片離子峰生成。因此，若風(fēng)窗清洗液中含有一定的甲醇時(shí)，質(zhì)荷比/=31和/=45處碎片離子峰強(qiáng)度的比例關(guān)系會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，故在質(zhì)譜法測(cè)試風(fēng)窗清洗液中是否含甲醇時(shí)，可選取質(zhì)荷比/=31和/=45處離子峰強(qiáng)度比例關(guān)系進(jìn)行分析。在N2背景下，選取甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、5%、10%、20%、30%、40%的風(fēng)窗清洗液標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行測(cè)試。圖2為不同甲醇含量的風(fēng)窗清洗液測(cè)試結(jié)果，隨著甲醇含量的不斷增加，回歸曲線的斜率越小，即質(zhì)荷比為/=45離子峰強(qiáng)度與質(zhì)荷比為/=31離子峰強(qiáng)度的比值越小。這是因?yàn)?，?dāng)風(fēng)窗清洗液中含有甲醇時(shí)，由于甲醇在/=31處有離子峰出現(xiàn)，/=45處無離子峰出現(xiàn)，所以此時(shí)風(fēng)窗清洗液在/=31處的離子峰強(qiáng)度增加，而在/=45處的離子峰強(qiáng)度保持不變，就會(huì)導(dǎo)致/=45與/=31離子峰強(qiáng)度比值降低，且隨著甲醇含量的增加，回歸曲線的斜率不斷降低。據(jù)此，可快速定性定量檢測(cè)風(fēng)窗清洗液中是否混入甲醇。

2.3 儀表板PVC表皮氣味快速評(píng)價(jià)方法

圖3 儀表板PVC表皮烘烤前后對(duì)比圖

通過便攜式質(zhì)譜儀對(duì)車內(nèi)儀表板PVC表皮氣味進(jìn)行分析測(cè)試。由于儀表板PVC表皮揮發(fā)出來的氣味物質(zhì)成分不明，故需要通過GCMS對(duì)其進(jìn)行全譜分析來確定其成分組成。分析發(fā)現(xiàn)，某車型儀表板PVC表皮中釋放的主要?dú)馕段镔|(zhì)為2－乙基己醇（CAS號(hào)為203-234-3），通過查詢2－乙基己醇標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖，確定質(zhì)荷比/=43和51為其質(zhì)譜特征峰。因此利用便攜式質(zhì)譜儀對(duì)烘烤前后的儀表板PVC表皮進(jìn)行全掃描測(cè)試，獲得烘烤前后的質(zhì)譜對(duì)比圖。如圖3所示，未經(jīng)烘烤的PVC表皮在質(zhì)荷比/=43和57處的碎片離子峰強(qiáng)度高于烘烤后的表皮，由此可知，經(jīng)過烘烤后表皮釋放出的主要?dú)馕段镔|(zhì)2－乙基己醇的氣味強(qiáng)度有明顯降低。據(jù)此可根據(jù)特征碎片離子峰強(qiáng)度波動(dòng)情況，來監(jiān)控儀表板PVC表皮批量氣味狀態(tài)是否穩(wěn)定。

3 汽車零部件氣味快速評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用與拓展

目前，可利用便攜式質(zhì)譜儀對(duì)風(fēng)窗清潔液和儀表板PVC表皮等零件的氣味狀態(tài)進(jìn)行有效管控。但汽車內(nèi)飾零件所使用的非金屬材料種類繁多，來源復(fù)雜，其揮發(fā)出的氣味物質(zhì)也層出不窮，在使用快速質(zhì)譜技術(shù)測(cè)試時(shí)，所得質(zhì)譜圖峰形較為復(fù)雜。因此，針對(duì)不同零件及其揮發(fā)性氣味物質(zhì)，建立相應(yīng)的質(zhì)譜圖解析方法是下一步工作的重點(diǎn)。

此外，該快速評(píng)價(jià)方法依賴于豐富的質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)，需要在測(cè)試之前對(duì)待測(cè)零件進(jìn)行全譜分析，以確認(rèn)零件的主要?dú)馕段镔|(zhì)，目前還未形成較為完善和全面的數(shù)據(jù)積累，有待日后加以完善和發(fā)展。

通過便攜式質(zhì)譜儀對(duì)汽車多個(gè)零件氣味進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果一致性較好。圖2中亦可發(fā)現(xiàn)多組數(shù)據(jù)呈現(xiàn)良好的線性一致性，這從另一個(gè)角度反映出該設(shè)備的穩(wěn)定性較好。該質(zhì)譜儀體積較小（616×220× 433 mm），又具有操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，對(duì)測(cè)試環(huán)境要求較低，關(guān)鍵是該方法測(cè)試時(shí)間較短，測(cè)試一個(gè)樣品僅需3～5 min，可通過測(cè)試所得的質(zhì)譜圖客觀地分析零件氣味狀態(tài)是否出現(xiàn)波動(dòng)。如將設(shè)備置于整車廠物流區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)在上線前對(duì)零件氣味狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效解決目前面臨的零件氣味問題，后續(xù)將建立不同物質(zhì)所對(duì)應(yīng)的質(zhì)譜解析方法，逐步完善數(shù)據(jù)的積累，利用便攜式質(zhì)譜儀逐漸對(duì)其他內(nèi)飾零件進(jìn)行氣味監(jiān)控。

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A Rapid Method for Detecting the Odor of Automobile Parts

ZHANG Xiaojun1, WANG Donghao2, HAN Guosong2

( 1.Saic Volkswagen Automotive Co., Ltd., Shanghai 201805;2.Saic Volkswagen Automotive Ningbo Branch Co., Ltd., Zhejiang Ningbo 315336 )

This paper summarizes the current situation of odor control of automobile parts. The control methods mainly include subjective odor evaluation of professional odor personnel, TVOC detection and GCO-MS. In view of the limitations of the above methods in the field application, this paper introduces a rapid mass spectrometry technology using portable mass spectrometer to detect odor, and shows the practical application of this technology in the field of automobile odor detection. Through the analysis, the paper draws a conclusion: this method is simple to operate,the test results show good linear consis- tency, has low requirements for the test environment and short test time, and can realize the real-time monitoring of the odor status of parts before going online.

Subjective odor evaluation; GCMS; Rapid mass spectrometry; Portable mass spectro- meter; Fragment ion peak

U465

A

1671-7988(2021)24-148-04

U465

A

1671-7988(2021)24-148-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.024.035

張曉俊，女，就職于上汽大眾汽車有限公司，主要從事汽車材料質(zhì)量控制及研究管理工作。