床墊產品中揮發性有機化合物釋放測試技術的研究

景 艷，朱夢迪，張 濱

(上海市建筑科學研究院(集團)有限公司，上海 201108)

1 引言

室內裝飾裝修材料及家具釋放出的揮發性有機物(VOCs：volatile organic compounds)是室內空氣污染物的重要來源，從源頭控制室內裝飾裝修材料及家具的揮發性化學物釋放是減少室內空氣污染的重要手段[1]。劣質床墊在使用時會釋放出多種VOCs，包括酰胺類，鹵代烴類、酯類等[2]，人的一生有約1/3的時間處在睡眠狀態，床墊釋放出的VOCs對人體健康的影響更為明顯[3]。本文選取苯、甲苯等11種物質進行研究測定，建立了環境測試艙法測定床墊中VOCs釋放量的方法，同時檢測了床墊中可能檢出的其它VOCs的釋放情況，探究床墊揮發性物質對室內空氣的影響。

2 實驗

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，出廠前用聚乙烯袋密封，在進行試驗前，樣品在 23 ℃條件下密封保存或運輸，通風條件下存放，避免污染。

環境測試艙：內體積30 m3，上海福軒環保科技有限公司。

熱脫附-氣相色譜-質譜聯用儀(TD-GC-MS)：質譜檢測器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)復合管。

試劑：苯、甲苯、乙酸丁酯、乙苯、對/間二甲苯、苯乙烯、鄰二甲苯、十一烷等混合標準溶液，以及異辛酸、十二烷、十四烷標準物質，質量分數≥99%，均為市購。

2.2 實驗條件

2.2.1 環境測試艙運行條件

溫度23 ℃，相對濕度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30-350；電離能量：70 eV；離子源溫度：250 ℃。

2.3 標準曲線

取一定量標準物質或標準溶液于10 mL容量瓶，用甲醇定容作為儲備液。將儲備液逐級稀釋得到各級濃度標準溶液。取各濃度標準溶液注入吸附管，置于TD-GC-MS上分析，以目標物質含量為橫坐標，峰面積為縱坐標，繪制標準曲線。

2.4 實驗過程

按照實驗條件運行環境測試艙至少6 h后進行環境測試艙背景濃度的測定，當背景空氣中TVOC濃度不大于0.005 g/m3后方可進行下一步試驗。然后將樣品床墊拆除外包裝后放入環境艙測試，關閉艙門運行24 h后采集環境測試艙內空氣，以0.5 L/min的流速采樣20 min，采樣結束后立即通過TD-GC-MS分析。

3 結果與討論

3.1 線性范圍和檢出限

按照2.3節中的方式繪制標準曲線，結果表明目標物質的質量在一定范圍內與對應的峰面積呈正相關的線性關系，相關系數見表1。配制標準曲線時，將標準溶液逐級稀釋，將各濃度溶液由低到高依次注入吸附管，上機分析，某一低濃度溶液不出峰時，以其上一級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，標準物質譜圖分別如圖1、圖2所示，本實驗所用標準物質為市購混合標液，因此標準物質譜圖中含有其他物質。

表1 目標物質線性方程及相關系數

圖1 苯、甲苯、乙酸丁酯、乙苯、對/間二甲苯、苯乙烯、鄰二甲苯、十一烷的標準物質譜

3.2 精密度

以甲苯為單標進行精密度測試，稱取一定量甲苯，制成標準溶液，注入30 m3環境測試艙，同時用6根采樣管收集后放入TD-GC-MS進行精密度測試。結果見表2，表明甲苯的相對標準偏差為1.52%，重復性良好。

圖2 異辛酸、十二烷、十四烷的標準物質譜圖

表2 精密度實驗結果

3.3 床墊產品釋放量結果

11種VOCs和總揮發性有機化合物(TVOC:Total volatile organic compounds)的檢測結果見表3，TVOC的計算中，11種VOCs以其自身的響應因子計算，其它物質以甲苯的響應因子計算。根據表3可以發現：本次研究的床墊檢出的TVOC含量大于GB 50325-2020標準中Ⅰ類建筑限量指標0.45 mg/m3的共計3件，占18.75%，大于該指標一半0.225 mg/m3的共計14件，占87.5%。由此可見，一方面，盡管本次研究檢出的單一VOC揮發量較低，但是多種化合物同時存在時，作用疊加會對人體健康產生潛在危害；另一方面，臥室還有其它裝飾裝修材料和家具會釋放出VOCs，就GB 50325-2020的TVOC技術指標來看，床墊的VOCs釋放量亟待有效控制。

表4列出了16件床墊中揮發性有機化合物的檢出率，主要檢出物質為癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、四氫二聚環戊二烯、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昂貴，但相應的原料環保，然而廉價品牌更傾向于選擇成本低、工藝簡單的化工膠[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生成的中間體，后者一般用于化工原料的自由基引發劑以及發泡劑，四甲基丁二腈吸入人體后可引起中樞神經系統興奮，嚴重者抑制神經系統，更甚者引起抽搐，窒息；四氫二聚環戊二烯是有機合成中間體，用于生產防老劑，一般用來防止橡膠老化，延長床墊使用壽命；異辛酸用于染料、香料合成，對皮膚、粘膜有刺激作用，受熱分解放出刺激性酸霧。這幾種物質主要來源于床墊生產過程中使用的人造化工原料，比如染料、發泡劑，抗老化劑[5]。

表3 床墊中11種揮發性有機化合物檢測結果匯總 mg/m3

表4 床墊中揮發性有機化合物檢出率

圖3 樣品3 VOCs質譜圖

4 結論

建立了環境測試艙法測定床墊中11種VOCs釋放量的方法，方法具有較好的檢出限和精密度，通過該方法進行實際床墊檢測發現床墊產品中VOCs對室內空氣的影響較大，對VOCs的控制需要加強，VOCs大多為源于床墊生產過程中使用的染料、發泡劑、抗老化劑的烯烴、長鏈烷烴、酯類物質。