基于主觀評價對車內“五苯三醛”物質進行解析

王焰孟，胡俊艷，李曉健

(中國汽車技術研究中心 天津300300)

汽車已經成為現代人生活過程中不可或缺的一部分，隨著人在車內停留時間的增加，車內空氣質量水平越來越引起人們的重視。車內空氣質量問題主要呈現為兩個方面，即國家法規規范的車內VOCs和消費者投訴的車內氣味問題，兩者互有交叉，主要來源均為車內具有揮發性的有機物質。根據世界衛生組織(WHO)在1989年的定義：揮發性有機物為沸點在50～250,℃的有機化合物，其室溫下飽和蒸汽壓超過133.32,Pa，在常溫下以蒸汽形式存在。消費者對于車內氣味問題的關注度呈逐年上升的趨勢，2015年 JD POWER公司的報告指出，車內有“令人不愉快”的氣味現已成為最頻繁和最嚴重的問題。因此車內氣味問題已經成為汽車行業共同面臨的一個難題，采用科學方法進行氣味溯源已經成為各個企業著力解決的難題。本文通過 GC-MS定量分析得到“五苯三醛”的具體含量，結合對整車氣味主觀評價得到的氣味特性與整車“五苯三醛”物質含量進行比對，并提出通過主觀評價對整車“五苯三醛”成分進行解析的方法。

1 實驗部分

1.1 實驗設備

VOCs整車實驗艙：生產廠家為 Espec，體積為240,m3。

熱脫附氣相色譜質譜聯用儀(TD-GC-MS)：生產廠家為Markes&Agilent，型號為7890B-5977A。

高效液相色譜(HPLC)：生產廠家為 Agilent，型號為122-5562。

采樣泵：生產廠家為島津，規格為0.1～1,L/min。

1.2 實驗步驟

首先參照《HJ/T400—2007車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》和《GB/T 27630—2011乘用車內空氣質量評價指南》[3]對新生產符合標準要求時間的整車采用Tenax吸附管和DNPH吸附管分別對車內空氣中的VOCs和醛酮進行采集，采樣結束之后，送至實驗室進行分析，主要設備分析參數為：

①熱脫附部分。Tenax管預吹1,min，吹掃流速為20,mL/min，脫附溫度為 280～300,℃，解吸氣流為40～60,mL/min，冷阱溫度為-10,℃，冷阱加熱溫度為300,℃，分流比設置為62∶1。

②氣相色譜質譜聯用儀部分。氣相部分的載氣為氦氣，柱流量設置為 1,mL/min，升溫過程采用階段升溫的升溫程序；質譜部分的溶劑切除時間為3,min，離子源溫度設置為200,℃以上，檢測器溫度為150,℃，電子轟擊能量為70,Ev。

③高效液相色譜部分。柱溫溫度設置為 30,℃，檢測器為通用的紫外檢測器，其中檢測波長為360,nm，分析時間為50,min。

整車采樣結束之后，由氣味評價員對整車進行氣味評價。評價結束之后填寫整車氣味強度等級，氣味特性見表1。

表1 氣味等級及其對應描述Tab.1 Grade of odor and relating description

2 結果與討論

2.1 氣味性能評價

表 2為采用不同進車方式對整車進行氣味評價的氣味等級結果。方案 1中，兩名評價員先對前排進行評價，1,min后，兩名評價員對后排進行評價；方案 2中，兩名評價員對前排進行評價，一名評價員對左后進行評價，3位評價員同時進入車內，1,min后兩名評價員分別對主駕及右后座椅位置進行評價；方案3中，4名評價員同時進入對整車氣味進行評價。圖1為根據不同進入車內的方法所得出的氣味評價結果的最大值和最小值的極差，由圖可以看出，3種進入方式的極差結果均小于 1，因此得到的評價結果均為有效。

圖1 不同進入車內的方式對整車內氣味強度的影響Fig.1 Influence of aboarding ways on odor intensity

表2 不同進入方式對整車氣味等級的影響Tab.2 Influnce of aboarding ways on odor grade

除此之外，韋伯-費希納(Weber·Fischna)通過心理物理實驗證明并推導出對于中等強度刺激，人體產生的反應量k 和外界環境刺激量c 之間滿足以下公式：

式中，k為人體產生反應的量，c為外界刺激的強度，α為韋伯常數。

由上式可以看出，人體產生反應的量和外界刺激強度是對數關系，即外界刺激在中等強度時，人體產生反應量的變化是相對較小的，基于韋伯-費希納公式并加以拓展，可以得出當車內空氣揮發性有機物濃度，即氣味濃度呈等比例變化時，對所處該環境中的乘員產生的主觀感受變化呈等差變化。

對車內第 1排座椅和第 2排座椅之間呼吸帶高度參照《HJ/T,400—2007車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》和《GB/T,27630—2011乘用車內空氣質量評價指南》進行采樣分析之后得到的結果如表 3所示，其中前排座椅中間位置分析結果，即標準采樣點結果記為c1，后排座椅中間位置分析結果，即非標準采樣點結果記為 c2，c2相對于標準采樣位置濃度 c1的差值用 RD%,表示，其計算方法見公式：

表3 前后排采樣結果偏差Tab.3 Deviation of front row and back row sampling results

2.2 GC-MS分析與主觀評價

首先參照《HJ/T 400車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法》和《GB/T,27630—2011乘用車內空氣質量評價指南》對車內空氣質量進行采樣分析，采樣結束之后對整車氣味按照文章 1.2部分進行氣味評價。本文考察的整車覆蓋了轎車、SUV、兩排座及三排座車，車系覆蓋自主品牌、韓系、日系、歐系等不同品牌的整車。

本文主要考察整車內國標規定的“五苯三醛”8項物質。不同物質由于具有特征的官能團，因此具有不同官能團物質會呈現特征的氣味。表 4列出了“五苯三醛”物質所對應的特征氣味。

表4 氣味物質及其特性描述Tab.4 Odor chemicals and their characterisctics

由表4可知，苯、甲苯、乙苯、二甲苯等苯系物具有特征芳香氣味，甲醛、乙醛等醛類物質具有特征刺激性氣味。從上述分析可知，對整車氣味特性的氣味進行主觀評價，可以在一定程度上完成對車內的氣味成分的解析。對整車進行采樣分析之后，由氣味評價員參照 1.2部分的氣味評價流程對整車氣味進行主觀評價，并給出氣味特性結果。對 GC-MS分析結果和氣味主觀評價的結果統計如表5所示。

表5 4個車型GC-MS分析和整車氣味評價結果匯總Tab.5 Summary of GC-MS analysis of four vehicle models and odor evaluation results

表6 3個車型GC-MS分析和整車氣味評價結果匯總Tab.5 Summary of GC-MS analysis of three vehicle models and odor evaluation results

由表 5可以看出，車型 1、2和 4的醛類含量超出國家標準，車型 3的乙苯、二甲苯含量超出國家標準。對照表2之后發現，車型超標的物質對應表2中的特征氣味和氣味評價員主觀評價得到的結果匹配性很高，因此設想可以通過氣味評價員主觀評價對整車車內氣味成分進行解析。后3輛車的GC-MS分析結果和氣味主觀評價結果如表6所示。由表6可知，通過氣味主觀評價可以得到車型 1具有較強的芳香氣味，因此初步判斷車型1的苯系物超標；車型2有較典型的塑料味，因此初步判斷車型 2的苯乙烯超標；車型3有刺激性氣味，因此初步判斷車型3的醛類物質超標。

3 結 論

隨著消費者對車內空氣質量的要求越來越高，氣味問題是消費者進入車內最直接感受到的汽車品質之一，各大整車生產企業、第三方研究機構投入了巨大的人力、物力來改善車內空氣氣味。基于氣味評價員主觀評價對整車氣味成分進行解析的方法推廣，一方面可以通過氣味評價員培訓和氣味評價員評價的開展提高氣味評價員團隊能力；另一方面，基于氣味評價員主觀評價對整車氣味成分進行解析有利于減小汽車氣味質量整改、管控的成本。

［1］ 汽車車內空氣的評價規范[S]. T/CMIF 13—2016，2016.

［2］ 車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法 [S]. HJ/T 400—2007，2007.

［3］ 乘用車車內空氣評價指南[S]. GB/T 27630—2011，2011.

［4］ 李祚泳，彭荔紅. 基于韋伯-費希納拓廣定律的環境空氣質量標準[J]. 中國環境監測，2003，16(4)：17-19.