家具生產廢氣中揮發性有機物的檢測方法探析

羅曉妍

（廣東紫方環保技術有限公司，廣東 中山 528400）

0 引言

目前，隨著家具行業的不斷發展，各種類型的家具不斷推陳出新，其中不乏各種具有個性化特征的定制家具。在這些家具的生產過程中，使用到大量的材料，其中就包括用于噴漆工藝的各種功能性的化學材料，而在這些材料中，難免存在一些有毒有害物質，其中較為常見的就是揮發性有機物。對于這些有毒有害物質，必須正確認識到其危害性，并采用有效措施進行準確檢測。

1 揮發性有機物及其檢測概述

1.1 揮發性有機物及其危害

揮發性有機物簡稱為VOCs，其成分組成頗為復雜，涵蓋了酮類、胺醇類、烴類和苯系化合物等多種化學物質，這些化學物質均會對人體產生不同程度的損害[1]。特別是，這些化學物質在室溫條件下就會揮發，如環境通風不暢，則會長時間停留在空氣中，引發一系列不適癥狀，甚至會對人體器官造成損害[2]。

1.2 揮發性有機物檢測標準現狀

目前，國內對于家具中揮發性有機物的檢測標準，主要是GB/T 35607-2017，該標準針對家具生命周期內的綠色評價指標以及揮發性有機物的釋放量等內容進行了規定，并采用氣候艙的方法，對于家具中的揮發性有機物進行檢測[3]。但這種方法的局限性也較為明顯，由于經常需要體積較大的氣候艙，因此只適用于規模較大的檢驗機構，難以在實際產品檢測中應用。由此可見，對于家具中揮發性有機物的檢測方法尚需進一步探究[4]。

1.3 揮發性有機物的新檢測方法

目前，隨著檢測技術的不斷發展，氣相色譜法已經較為常用。氣相色譜法（gas chromatography 簡稱GC）的主要原理是，將氣化后（或本身就為氣體）的試樣帶入色譜柱中，利用各組分從色譜柱中的不同流出時間，來分離各個組分，形成不同組分的色譜圖。這樣，只需要對色譜圖上特定的峰進行時間和順序上的分析，即可分析待測物中化合物的種類。由于這種檢測方法具有高靈敏度、高效率和易于操作等諸多優點，因此，在實驗中，也使用該方法對揮發性有機物進行檢測。

在該實驗的檢測過程中，主要采用Tenax-TA吸附管進行樣本的搜集，而后將搜集到的樣本通過氣相色譜法分析，即可得到分析結果。該文也將采用這種方法，對某種家具中的揮發性有機物情況進行檢測[5]。在檢測過程中，用填充了Tenax-TA的采樣管，在室溫條件下收集家具生產廢氣中的揮發性有機物，再將采樣管與熱解析儀相連接以進行二次熱脫附，在二次熱脫附完成后，將脫附后的氣體導入氣相色譜儀進行分析，最終得出分析結果。

2 揮發性有機物的檢測

2.1 主要試劑與儀器

該實驗中所用到的主要試劑為自配的揮發性有機物標準溶液，該溶液由二硫化碳作為溶劑，溶解了家具中可能出現的揮發性有機物，共計13種，如正己烷、丙酮、正丁醇、乙酸丁酯、苯、甲苯、對二甲苯等。除此之外，實驗中也用到己二酸二乙酯，其主要用于區分揮發性有機物的沸點標記物。該實驗中所使用的儀器見表1。

表1 該實驗所使用的主要儀器

2.2 實驗基本原理

該實驗首先采用Tenax-TA吸附管對揮發性有機物成分進行采集，而后將相關成分進行熱脫附，再進行分析，即可對揮發性有機物成分進行定性和定量的分析。

2.3 實驗基本流程

2.3.1 家具揮發性有機物成分的采集

由于該實驗所采用的家具樣品為木質家具，因此，對其表面漆膜涂層進行成分采集即可，木質家具中絕大多數的揮發性有機物成分均來源于此。同時，根據表面漆膜涂層中揮發性有機物的釋放特性不受設計造型影響的特點，選用容易操作的平整漆面進行成分采集，采集工具使用填充Tenax-TA的采樣管，這種工具在工作過程中，能夠確保其與家具漆膜表面形成密閉空間，避免因氣體交換而影響檢測結果。

在采集過程中，樣品則選擇日常較為常見的板式家具和實木家具，包括床、柜子、桌幾和椅子等，這些家具使用了油性漆和水性漆等不同的漆面，每類樣品規格尺寸均相同。首先，將填充Tenax-TA的采樣管放置在待采樣家具的表面，確保采樣管與家具表面之間處于緊密貼合狀態，形成密閉空間，避免采樣管所采集到的氣體受到周圍環境的影響。采樣完成后，關閉采氣口，將采集到的氣體保存待用。

在采集工作完成后，還需要對采集樣品進行分析和選擇。在采集的樣品中，確保單個目標物的檢出量小于樣品中相應檢出量的10%，否則視為無效采樣，并重新進行該點位的采樣。在采樣過程中，首先對采樣器進行校準，然后連接采樣管和采樣器，對目標的各個點位進行采樣，采樣時收集廢氣的流量速率在10 mL/min～200 mL/min，采集時間則設定為15 min。在采樣結束后，立刻封閉采樣管，并記錄下此時環境的溫度和大氣壓力等環境參數信息，再將采樣管放置在4℃的避光環境下進行封閉保存，保存時間為30d，保存完成后，對采樣管中樣品做進一步分析。

2.3.2 熱解析

在采集到樣品后，要對樣品進行兩次熱解析處理，進行二次熱脫附。在二次吸附過程中，溫度為0 ℃，兩次熱解析的參數設置則見表2。

表2 熱解析條件

2.3.3 氣相色譜檢測

氣相色譜柱采用Stabiwax-DA柱，尺寸為50m×0.32mm×0.25 μm，并以高純度的氮氣為載氣，柱溫起始溫度40℃，恒溫1 min后，調整升溫速率為8 ℃/min，在溫度升高到200 ℃后，恒溫2 min。其他參數見表3。其中，所有氣體均為恒流。

表3 氣相色譜檢測過程中的主要參數

在氣相色譜實驗完成后，分別向不同組的吸附管內注入少量的標準溶液，再進行二次熱解析和氣相色譜分析環節，最大程度地消除干擾因素的影響，為后續的數據分析進行準備。

3 結果與討論

3.1 標準溶液色譜圖

標準溶液色譜圖如圖1所示。圖中的峰分別對應不同的氣相色譜檢測得到的各種揮發性有機物和實驗原材料。

圖1 標準溶液色譜圖

3.2 標準曲線的繪制

抽取混合標準溶液1.0 μL，在100 mL/min的氮氣經過采樣管時，將質量濃度分別為0.01 μg/mL、0.02 μg/mL、0.05μg/mL、0.10 μg/mL、0.20 μg/mL、0.50 μg/mL、1.00μg/mL、2.00 μg/mL、5.00 μg/mL的標準溶液分別注入吸附管中，一段時間后取下采樣管并將其密封，即可制備出目標物含量不同的標準系列，得出實驗數據。

在得到實驗數據之后，根據實驗數據，以各組分濃度為橫坐標，樣品處理后的色譜面積為縱坐標，繪制標準曲線，得到線性回歸方程和檢出限。需要注意的是，在線性回歸方程的繪制中，為方便分析，應當強制回歸方程通過坐標軸原點，形成標準的正比例函數。對于定量分析而言，則要對混合標準溶液進行重復多次檢測，再進行精密度的計算。具體的實驗測試結果見表4。

表4 實驗測定的揮發性有機物組分的相關指標

根據表4的測試結果，不難看出，采用該測試方法，經計算，精密度低于5.5%，這完全滿足定量分析的要求。

3.3 揮發性有機物含量的計算方法

對于揮發性有機物含量的計算，為確保計算結果的精確，要采用定性與定量方法相結合的措施，首先采用定性方法，對于一些與標記物差異較大的組分，要將其歸類為非揮發性有機物組分，這些組分的數據不參與計算，防止其對計算結果造成影響。

在定性分析完成后，即開始進行定量計算，對于前文所提及的13種揮發性有機物組分，直接通過其相應的標準曲線方程進行計算，而對于不屬于此13種揮發性有機物的組分，則以甲苯的標準曲線對其濃度進行計算，最后，匯總所有的揮發性有機物組分，即可得到家具樣品揮發性有機物的總濃度。

在濃度的計算中，主要采用的計算公式如公式（1）所示。

式中：Cx為某種揮發性有機物的濃度，mg/m3，Ax為某種揮發性有機物組分在氣相色譜法測試中所得到的峰面積，無量綱；Ax0為空白樣品中某種揮發性有機物組分在氣相色譜法測試中所得到的峰面積，同樣無量綱；ax為某種揮發性有機物組分標準曲線的斜率，Vnd為標準狀況下的氣體采樣體積，單位為L。

3.4 揮發性有機物的計算結果

樣品測定按照《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法》（GB/T16157-2017）的規定，用Tenax采樣管在不同采樣位置采集一定量的廢氣樣品，進行二次熱解析和氣相色譜分析，將分析結果用于后續計算。

根據相應標準和計算公式，對所采集的3種家具樣品進行分析計算，計算結果見表5。計算結果表明，這些家具樣品的揮發性有機物含量超標的情況都相對較為嚴重，在今后的生產中，有關企業應當予以重視，采用環保型的材料取而代之，避免其造成環境污染和身體損害等問題。其中，各組分測定數據的單位為μg/m3。

表5 3種家具樣品揮發性有機物檢測結果

從表5中的數據不難看出，該實驗所選的家具樣品在苯類化合物廢氣的排放上嚴重超標，如果不能及時采取措施進行治理，很容易對環境造成惡劣的影響，因此，在后續的工作中，應當結合實際情況，采取相應措施來制定和執行最為合理的有機物廢氣的處理方案。

3.5 家具揮發性有機物廢棄治理的未來展望

根據該實驗的研究不難看出，在目前的家具生產中，諸如乙酸乙酯、乙酸丁酯和苯類化合物等廢氣的濃度仍然較高，且已經大大超出了檢出限，這主要是由于生產過程中缺乏有機物末端處理設施所導致的。因此，在未來的家具行業發展中，應當側重于對揮發性有機物廢氣的治理，可從以下3個方面加以進行：1）利用生物分子進行轉換。通過利用生物分子來實現轉化目的，能夠確保這些揮發性有機物得到高效地處理，特定的生物分子能夠有效處理有機物中的有毒物質，對其分解和重組后進行二次利用。該處理技術成本較低，操作簡單，且能夠進行二次利用，有助于降低企業的成本，并創造更高的經濟效益。目前，這種綠色環保技術尚在發展階段，因此，可推廣應用。2）對有害物質采用隔離法進行處理。這種技術適用于對揮發性有機物中有毒的苯類化合物進行提取和隔離，通過提取和隔離來回收剩余的有毒氣體，并在其他方面進行重新利用。采用這種方式之后，基本能夠達到廢氣回收利用的標準，同時也減少了廢氣排放所造成的空氣污染問題。但由于這種技術的成本相對較高，因此更適合針對采樣點中揮發性有機物濃度嚴重超標的區域進行應用。3）使用光催化技術對揮發性有機物廢氣進行處理。目前來看，這種技術處于較為先進的水平，其能夠利用催化劑和光照的雙重作用，對廢氣進行有效處理。但由于所使用的催化劑多為半導體材料，這些半導體材料價格較為昂貴，因此成本也相對較高。由此，也可采用新型納米材料對家具生產中出現的揮發性有機物進行有效處理。

4 結語

該文通過氣相色譜法，對家具生產廢氣中常見的13種典型揮發性有機物進行分析，其分析范圍廣，靈敏度較高，特別是己二酸二乙酯標記物的引入，有效避免了非揮發性有機物組分給實驗帶來的影響，因此其準確率更高，適合在家具揮發性有機物檢測中進行推廣應用。當然，目前的檢測工作仍然較為煩瑣，未來，借助這些技術開發快速檢測工具或將成為新的發展方向。