車內空氣質量檢測的在線質譜技術研究

趙紹偉 周昭露 譚國斌

摘 要：文章介紹了在線質譜技術的原理和在線質譜儀的特點，初步研究了在線質譜技術在車內空氣質量檢測方面的應用，分析對比了在線技術和離線技術應用在空氣質量檢測優勢和缺點，展望了快速線檢測技術的發展前景。

關鍵詞：在線質譜技術;車內空氣質量

中圖分類號：O657.63 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）09-124-03

Study On The Application Of On-line Mass Spectrometry In VehicleAir Quality Detection

Zhao Shaowei¹， Zhou Zhaolu¹， Tan Guobin²

（ 1.Chongqing vehicle inspection and Research Institute Co.， Ltd.， National Coach Quality Supervision &Inspection Center， Chongqing 401122; 2.Guangzhou Hexin Instrument Co. Ltd.， Guangdong Guangzhou 510530）

Abstract：?The principle of on-line mass spectrometry and the characteristics of on-line Mass Spectrometer are introduced; The application of on-line mass spectrometry in vehicle air quality detection was studied; The advantages and disadvantages of on-line tech nology and off-line technology in air quality detection are analyzed and compared; The prospect of rapid line detection technology is prospected.

Keywords：?On-line Mass Spectrometry;?In Vehicle Air Quality

CLC NO.： O657.63 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）09-124-03

前言

車內空氣污染具有空間小、異味大、濃度高、污染嚴重、污染物復雜、不易散發以及散發時間長等特點。車內污染的來源包括：裝飾材料釋放的揮發性有機氣體^[1]，包括甲醛、苯、二甲苯等，其濃度隨溫度的升高會急劇增加;汽車發動機產生的CO、氮氧化合物、硫化物等，以及車外的顆粒物等通過縫隙進入車內;另外還有人體自身產生的污染，主要包括呼吸產生的CO₂、吸煙產生的煙霧等。汽車內各種有毒有害氣體會導致駕乘者頭暈、惡心、壓抑煩躁、注意力無法集中，既危害駕乘者的健康，而且會引發交通安全事故。

目前車內空氣環境常用的采樣和檢測方法均是基于離線檢測技術^[1-3]，這種方法雖然準確度高，但卻不得不以犧牲其他特性為代價，比如操作過程復雜，檢測周期過長，且樣品在儲存、轉運過程中容易發生損失，容易造成檢測結果偏差，缺乏時效性，因此發展快速的車內空氣質量檢測技術，由汽車制造廠家作為產品線自我監控的監測手段，有效的進行自檢，可大大提高第三方檢測的通過率，具有重要的應用價值和現實意義。

1 在線質譜技術

質譜分析技術是以電子轟擊或其它的方式使被測物質離子化，形成各種質荷比（m/z）的離子。利用不同離子在磁場或電場的運動軌跡不同，把離子按照質荷比分開而得到質譜，從而得到樣品的分析結果^[4]。基于這個原理，在線質譜儀的分析速度非常快，可達到ms級，因此特別適合快速反應過程以及多位點的同時監測。

目前應用于在線檢測的便式攜或移動式質譜儀，有美國Inficon 公司的HAPSITE 便攜氣質聯用儀;德國Bruker公司的MM1車載質譜儀、MM2小型車載質譜儀;此外，英國Kore 公司的MS-200飛行時間質譜儀，以及美國普度大學研制的Mini10、Mini11微型式手持質譜儀等都可以實現VOCs的在線檢測。此類儀器一般都采用膜進樣與質譜聯用技術，已經廣泛應用于各種環境介質（氣體、液體、固體）中揮發性有機物的檢測，以及生物、化學反應過程和反應機理研究，和現場突發事故檢測、工業在線檢測、環境監測等諸多領域^[5-6]。

本次研究采用的揮發性有機物實時在線監測質譜儀（SPIMS-1000）是國內多個研究單位共同研制開發，具有完全自主知識產權的在線檢測揮發性有機物（VOCs）質譜分析設備。該設備融合了樣品膜富集、光電離、飛行時間質譜分析、高速數據采集以及高頻高壓電源等多個關鍵性技術。儀器以實時、快速、在線的特點可實現VOCs原位檢測，節省離線方法中對樣品采樣、存貯、運輸的過程。該儀器具有如下特點^[7]：（1）膜進樣接口將VOCs富集;（2）基于紫外光單光子電離技術實現軟電離;（3）實時在線檢測技術，對VOCs實現快速定性、定量檢測;（4）無采樣損失;（5）強大的數據采集能力，每小時1 GB的有效信息;（6）機電穩定性好，實現外場試驗要求。

2 實驗方法

測試車輛要求：M1類，座椅材質為皮質;

A車：在用車，使用時間1年左右;

B車：新車，下線35天左右;

C車：在用車，使用時間1年左右;

D車：新車，下線35天左右。

車輛狀態：靜止，發動機空調關閉狀態、車體密閉16h;

測試環境：溫度25℃?±1℃;相對濕度50%±10%;風速≤0.3m/s;背景濃度甲苯≤0.02mg/m³，甲醛≤≤0.02mg/m³;

測試內容：1）對三輛轎車A、B、C駕駛室座位處的氣體進行對比檢測;對A車內不同空間位置的氣體進行檢測。

儀器與試劑：

SPIMS-1000（廣州禾信儀器股份有限公司），DSG-1000自動化配氣儀（廣州禾信儀器股份有限公司）。

苯、甲苯、二甲苯和氯苯標準混合氣體（廣州粵佳氣體有限公司產品，濃度均為5ppm）;99.999%高純氮氣（廣州粵佳氣體有限公司產品）;PAMS標準混合氣體（大連大特氣體有限公司產品，濃度為1ppm）。

3 結果與討論

圖1為利用SPIMS-1000對A、B、C車內空氣VOCs的質譜圖，從結果可以看出，三年受試車輛車內空氣明顯檢測出苯（m/z 78）、甲苯（m/z 92）、二甲苯（m/z 106）、乙苯（m/z 106）、苯乙烯（m/z 104）、丙烯醛（m/z 56）、丙酮（m/z 58）等物質。表1中列出了檢測物質及標準限值。

此外，對A車內不同空間部位的氣體進行檢測，利用標準氣體進行定量。圖2為車內檢測點示意圖。分別對駕駛員座位、副駕駛員座位、駕駛員后座、副駕駛員后座上，中，下共12個空間位置進行檢測，每個點位檢測時約250s，12個點位共計約50min可檢測完畢，響應時間快，實現快速檢測，苯、甲苯的濃度分布如表2所示。

4 結束語

利用在線質譜技術能夠實現乘用車內空氣質量檢測，可用于乘用車車內VOCs的定性、定量分析，靈敏度高，響應速度快，提供快速有效的檢測手段。通過定量結果可看出，三種品牌的汽車中各項檢測指標均低于乘用車檢測標準。這些有毒有害氣體大多數來源于座墊、內飾材料、皮革等，長期暴露對人體健康帶來很大的危害，因此對于新購置的車輛，要經常通風、添加吸附材料進行處理，較少其對人體的危害。

參考文獻

[1] 趙紹偉.車內空氣污染物的危害及其檢測方法的研究[J].客車技術與研究，2014，（6）：52-55.

[2] 張旭輝.健康呼喚標準一關注車內環境污染[J].大眾標準化，2004， （7）：12-13.

[3] GB/T 28370-2012，長途客車內空氣質量檢測方法[s].北京：中國標準出版社，2012.

[4] 張艷.在線質譜法快速檢測酒中5 種常見乙酯[J].食品科學，2016， 37（24）： 180-184.

[5] 李操，周亞飛，譚國斌，等.單光子電離質譜法用于不同品牌真假酒的快速鑒別[J].分析化學，2013，41（9）：1359-1365. DOI：10.3724/sp.j. 1096.2013.30072.

[6] 謝園園，花磊，侯可勇，等.單光子電離質譜法在線分析牙膏中的香精物質[J].分析化學，2012，40（12）：1883-1889.DOI：10.3724/sp.j. 1096.2012.20542.

[7] 杜振輝，翟雅瓊，李金義，等.空氣中揮發性有機物的光譜學在線監測技術[J].光譜學與光譜分析，2009，29（12）：3199-3203.