采用氣相色譜法測(cè)定建筑裝飾材料中的苯類有害物質(zhì)的研究

孫歡

（江西省建材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站有限公司，江西 南昌 330001）

引言

現(xiàn)階段，很多室內(nèi)裝飾行業(yè)過于關(guān)注材料的使用效果，以至于忽略了物質(zhì)成分與材料的含量。此外，由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力較大，很多企業(yè)為了降低材料生產(chǎn)成本會(huì)使用低廉價(jià)格的材料，這些材料中極有可能存在苯類有毒物質(zhì)，對(duì)人體健康十分不利。由此可見，圍繞建筑裝飾材料進(jìn)行分析，研究運(yùn)用氣相色譜法測(cè)定材料中的苯、二甲苯等物質(zhì)，對(duì)于該行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

1 建筑裝飾材料有害物質(zhì)

內(nèi)墻涂料是建筑物裝飾過程中必須使用到的材料種類之一，且這種材料的使用難度較小，可以有效幫助裝飾人員降低材料成本，因此被廣泛應(yīng)用在建筑裝飾工作中。而溶劑型木器涂料作為材料中色澤、質(zhì)量、性能較強(qiáng)的種類之一，更是發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，但是若材料加工不夠徹底，在使用過程中也會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境造成一定的污染，其中的苯類有害物質(zhì)甚至?xí)?duì)人體健康產(chǎn)生非常不利的影響[1]。

2 內(nèi)墻涂料與其他材料中的有害物質(zhì)分析

2.1 內(nèi)墻涂料

內(nèi)墻涂料從溶劑性質(zhì)的情況進(jìn)行劃分，可以分為水性與溶劑型兩種，且以上物質(zhì)的使用的范圍較廣，如現(xiàn)在較為常見的乳膠漆和聚乙烯涂料等，這種材料雖然整體外觀性能保持較好，但是在涂刷之后會(huì)產(chǎn)生一種有毒物質(zhì)。因此在后續(xù)的發(fā)展過程中很多裝飾公司開始使用樹脂水性材料。這種合成樹脂乳液材料比傳統(tǒng)的裝飾材料的生態(tài)環(huán)保性能更強(qiáng)，但在使用過程中依舊會(huì)含有大量的游離甲醛，且這種物質(zhì)在短時(shí)間內(nèi)難以清除，會(huì)對(duì)環(huán)境和人體造成嚴(yán)重的危害[2]。綜合以上情況分析，研究人員發(fā)現(xiàn)在大量的裝飾材料中，有害物質(zhì)組成屬于易揮發(fā)物，且含有大量的汞、鉛等物質(zhì)。

2.2 溶劑型木器材料

溶劑型木器材料是近幾年來使用較為廣泛的一種，包括聚氨酯、硝基類等，屬于改性材料。其中二甲苯溶劑更是因其吸附性較好等優(yōu)勢(shì)被廣泛使用，在裝飾行業(yè)中具有非常重要的作用。但是由于我國(guó)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展水平較差，因此其溶劑中的TDI 數(shù)值較高，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。

2.3 各種有害物質(zhì)對(duì)人體的不利影響

第一種是本研究的重點(diǎn)，也就是苯類材料，主要包括甲苯和二甲苯。這種物質(zhì)具有高致癌性，會(huì)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)影響人體系統(tǒng)的造血功能和神經(jīng)系統(tǒng)。此外苯類物質(zhì)還會(huì)對(duì)人們的呼吸道和皮膚產(chǎn)生嚴(yán)重的刺激。這種物質(zhì)在涂料中較為常見，會(huì)隨著雜質(zhì)的產(chǎn)生進(jìn)入材料中。通常情況下，苯類物質(zhì)的含量與裝修材料的制作工藝和技術(shù)水平有關(guān)。若是運(yùn)用石油萃取的形式進(jìn)行，則苯類物質(zhì)的含量較低，但是若使用其他形式則會(huì)很難控制材料中的雜質(zhì)，以至于苯類物質(zhì)含量增加。

第二種是指重金屬，包括鉛、鉻等。此類物質(zhì)也被稱為裝飾材料中最為常見的集中污染物質(zhì)，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害，其最主要的表現(xiàn)形式便是對(duì)人的神經(jīng)、智力系統(tǒng)產(chǎn)生影響。此外，各類物質(zhì)與人體長(zhǎng)期接觸會(huì)導(dǎo)致皮膚潰爛等狀況[3]。很多顏料中的顏色調(diào)配是利用鉛白等物質(zhì)，在此過程中雖然很多企業(yè)希望能夠從天然物質(zhì)中提煉色彩，但是也會(huì)夾帶很多的重金屬物質(zhì)。表1 為不同類別苯類物質(zhì)的數(shù)據(jù)研究參數(shù)。

表1 線性回歸方程與相關(guān)系數(shù)

3 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

氣相色譜法具有分離質(zhì)量好、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于快速物質(zhì)測(cè)定以及污染物分析中。鑒于此，本文將進(jìn)行氣相色譜法的實(shí)驗(yàn)，以此檢測(cè)裝飾材料中苯類物質(zhì)的濃度與含量。此外，此實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行還有助于與其他檢測(cè)形式進(jìn)行比對(duì)，以此確保測(cè)試方式達(dá)到精準(zhǔn)度要求。

4 試驗(yàn)方法

4.1 準(zhǔn)備工作

為了能夠更加精準(zhǔn)的了解裝飾材料具體數(shù)據(jù)情況，在進(jìn)行試驗(yàn)之前，要準(zhǔn)備不同類型的材料和設(shè)備。但是在設(shè)備準(zhǔn)備過程中要求必須含有多種色譜柱，且色譜柱的選擇除了專用之外，其他測(cè)試中也可以選擇普通類型。在此試驗(yàn)過程中可以選擇弱與強(qiáng)兩種類型的色譜柱，并針對(duì)不同類型的裝飾材料進(jìn)行實(shí)測(cè)。在完成前期的準(zhǔn)備工作之后，要結(jié)合實(shí)驗(yàn)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行色譜分離測(cè)試。與此同時(shí)，甲苯二異氰酸酯，簡(jiǎn)稱TDI，這種物質(zhì)是裝飾材料中非常常見的一種有害物質(zhì)，在長(zhǎng)年累月的記錄過程中，會(huì)對(duì)人體的呼吸道黏膜產(chǎn)生非常嚴(yán)重的刺激，甚至?xí)蔀橄群粑兰膊〉闹饕T因?，F(xiàn)階段，這種物質(zhì)在聚氨酯材料中的含量較大，在后續(xù)的工作中需要相關(guān)人員加大對(duì)含量的管控。在實(shí)驗(yàn)過程中需要加大對(duì)有毒物質(zhì)含量的關(guān)注，做好檢測(cè)細(xì)節(jié)的把控。在實(shí)驗(yàn)之前，要不斷測(cè)試周圍的環(huán)境和條件，進(jìn)而在明確數(shù)據(jù)信息之后進(jìn)行測(cè)試，且測(cè)試過程中不能隨意對(duì)參數(shù)進(jìn)行更改。在此基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)過程中需要加大對(duì)色譜峰值、面積等情況的重視，這些方面的數(shù)據(jù)對(duì)于后續(xù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果十分重要。所以在實(shí)驗(yàn)的過程中應(yīng)該盡可能地延長(zhǎng)數(shù)據(jù)的保留時(shí)間，并利用后續(xù)的實(shí)驗(yàn)工作加大對(duì)材料性質(zhì)和特點(diǎn)的分析。圖1 為氣象色譜圖常規(guī)流程。

圖1 氣象色譜圖常規(guī)流程

為了能夠進(jìn)一步確保最終試驗(yàn)工作的精確度，除了需要加大對(duì)準(zhǔn)備工作質(zhì)量的重視，還要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)條件的選擇。如針對(duì)極性色譜柱，要結(jié)合實(shí)際需要選擇合適的種類才能夠達(dá)到預(yù)期的效果。在本次實(shí)驗(yàn)中，結(jié)合實(shí)際需求，選擇了EFBC 色譜柱。此外在實(shí)驗(yàn)的過程中需要對(duì)其尺寸進(jìn)行嚴(yán)格的管理和控制。與此同時(shí)，氣化溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響較大，因此在控制溫度以外還需要盡可能維持色譜峰的穩(wěn)定性，進(jìn)而確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性與合理性。圖2 為氣相色譜法的運(yùn)用。

圖2 氣象色譜法的運(yùn)用

4.2 實(shí)驗(yàn)過程

根據(jù)現(xiàn)階段，室內(nèi)裝飾材料行業(yè)CA00815-2001和CV46285-2001 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的具體需要，進(jìn)行了多次試驗(yàn)，并將AC-1 作為分析對(duì)象，運(yùn)用程序升溫的形式，在30 min 之內(nèi)檢測(cè)出了不同材料中的苯類物質(zhì)含量，包括甲苯、二甲苯等。

首先，為了達(dá)到測(cè)定結(jié)果的要求，還要在不同物質(zhì)溶液中添加5 ml 左右的正庚烷，并結(jié)合數(shù)據(jù)情況進(jìn)行精密度測(cè)試，并得出數(shù)據(jù)，見表2。

表2 精密度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

其次，要準(zhǔn)備以下幾種材料和設(shè)備：CS003 氣相色譜儀、CRF 檢測(cè)設(shè)備。且材料樣品中的苯材料需為色譜純。與此同時(shí)，其他的烷類物質(zhì)應(yīng)是色譜純。而TDI材料的含量要求要達(dá)到98.99%及以上。在制定乙酸乙酯溶劑時(shí)，要求溶劑中水的含量需要＜0.2*10-2，而醇的含量則需要控制在＜0.1*10-3。

最后，要進(jìn)行色譜測(cè)定，需要滿足相應(yīng)的條件信息，包括溫度控制為140 ℃；檢測(cè)環(huán)境內(nèi)部溫度為210 ℃；程序升溫過程中，最初的溫度應(yīng)該保持在30℃，時(shí)間為5 min；升溫速度控制在5 ℃/min；最終的溫度控制在160 ℃，且保持9 min 左右。

定性環(huán)節(jié)需要運(yùn)用到色譜柱，并結(jié)合實(shí)際情況設(shè)定操作條件，直至儀器穩(wěn)定之后，便可分析數(shù)據(jù)情況。其中校正因子的測(cè)定可以用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

F=Ci*Ad/Cd*Ai

式中：F 為指材料的校正因子；Ci 為混合溶液中的化合物質(zhì)量；Cd 為正庚烷的質(zhì)量；Ai 為指正庚烷的峰面積。定量工作也是進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)工作中非常重要的一點(diǎn)，由于樣品中的成分含量較為復(fù)雜，因此不同類別的樣品可能會(huì)對(duì)結(jié)果造成不同程度的影響，在定量過程中傳統(tǒng)的方式無法達(dá)到預(yù)期效果，而需要運(yùn)用到內(nèi)標(biāo)法才能夠滿足定量工作的需求。內(nèi)標(biāo)物的選擇要根據(jù)涂料種類而定，且需要滿足以下條件：一方面不能與樣品存在同類的物質(zhì)，另一方面不能與樣品本身存在反應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，內(nèi)標(biāo)物在溶劑中的溶解性需要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，且應(yīng)該有較好的物質(zhì)分離效果。因此很多實(shí)驗(yàn)會(huì)運(yùn)用正十四烷等，這種物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可以與乙酸乙酯溶劑達(dá)到完全分離的效果。

與此同時(shí)，在進(jìn)行溶液配制的過程中，要保證正庚烷與正十四烷的重量為900 g 左右，且上下波動(dòng)范圍不能超過100 g。并將其放置在量杯中，用不同含量的乙酸乙酯進(jìn)行溶解，并分別取二甲苯等不同苯類物質(zhì)1 000 g，將其與正庚烷、乙酸乙酯等進(jìn)行融合，以此進(jìn)行后續(xù)的定容和取樣工作，圖3 為標(biāo)樣色譜顯示。

圖3 標(biāo)樣色譜

圖3 中數(shù)值分別對(duì)應(yīng)苯、正庚烷溶液等苯類物質(zhì)。在進(jìn)行樣品制備時(shí)，要求將1.0～2.0 g 的樣品放置在容量為50 ml 的瓶子中，并加入4 ml 左右的內(nèi)標(biāo)物，并結(jié)合物質(zhì)中的TDL 含量情況選擇是否添加正十四烷，并對(duì)其進(jìn)行稀釋。此外，在實(shí)驗(yàn)過程中還需要用以下公式計(jì)算二甲苯等苯類物質(zhì)的含量：

式中，X 為樣品中的物質(zhì)含量；F 為校正因子；Cd 是指正庚烷的質(zhì)量；Ai 則是指正庚烷的峰面積。

5 實(shí)驗(yàn)分析

溶液中由于存在大量的N 元素，因此傳統(tǒng)的二甲基甲酰胺難以確保測(cè)定精準(zhǔn)度，所以應(yīng)該選擇乙酸乙酯作為稀釋溶液。此外在測(cè)定過程中由于部分的苯物質(zhì)穩(wěn)定性較差，很容易揮發(fā)，因此為了保證結(jié)果精準(zhǔn)性，應(yīng)該確保柱溫處于標(biāo)準(zhǔn)溫度值范圍內(nèi)。而在實(shí)驗(yàn)過程中，研究人員認(rèn)為150 ℃為最佳環(huán)境。此外在分析過程中也可以運(yùn)用甲苯二異氰酸酯、三氯代苯等物質(zhì)代替原有材料進(jìn)行測(cè)定。與此同時(shí)，在有機(jī)物方面，同一裝修材料中的色譜變化若存在一定的差異，則說明有機(jī)物有一定的不同，而若是實(shí)驗(yàn)過程中不同次數(shù)的數(shù)據(jù)變化較為嚴(yán)重，則需要多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，檢查數(shù)據(jù)變化情況。

從表3 中我們可以看出，實(shí)驗(yàn)室間與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的Z 值可以達(dá)到判定效果，且整體情況較好。尤其是前兩者的數(shù)值整體偏低，這說明測(cè)試情況較好，質(zhì)量較高，同時(shí)也說明前兩種物質(zhì)作為同分異構(gòu)體，其物理和化學(xué)性質(zhì)較為相似，峰于峰之間有一定的聯(lián)系，差距較小。此外，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室間與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)Z 值情況分析來看，本實(shí)驗(yàn)中的氣象色譜法運(yùn)用質(zhì)量較強(qiáng)，且數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度較高。

表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果比對(duì)

6 結(jié)論

在對(duì)建筑裝飾材料進(jìn)行檢測(cè)的過程中，需要選擇科學(xué)的方式進(jìn)行，這樣才能夠最大限度的確保檢測(cè)工作的質(zhì)量和效率。然而由于建筑裝飾材料的種類較為復(fù)雜，因此在檢測(cè)的工作中需要運(yùn)用到氣相色譜相關(guān)儀器，進(jìn)而增強(qiáng)對(duì)有害物質(zhì)檢測(cè)的質(zhì)量，從而從根本上降低有害物質(zhì)的含量，為相關(guān)行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。