一種快速檢測汽車零部件氣味的方法

張曉俊，王董浩，韓國松

一種快速檢測汽車零部件氣味的方法

張曉俊1，王董浩2，韓國松2

（1.上汽大眾汽車有限公司，上海 201805；2.上汽大眾汽車有限公司寧波分公司，浙江 寧波 315336）

文章綜述了目前汽車零部件氣味管控現狀，管控手段主要包括專業氣味人員主觀氣味性評價、TVOC檢測以及GCO-MS技術等。針對以上手段在現場應用的局限，文章介紹了一種利用便攜式質譜儀檢測氣味的快速質譜技術，并展示了該技術在汽車氣味檢測領域上的實際應用案例。通過分析，文章得出結論：快速質譜技術操作簡便，測試結果線性一致性較好，對測試環境要求較低且測試時間較短，可實現在上線前對零件氣味狀態的實時監控。

主觀氣味性評價；GCMS；快速質譜技術；便攜式質譜儀；碎片離子峰

1 汽車零部件氣味管控現狀

隨著人們生活水平的提高和汽車的普及，車內空氣質量受到越來越多消費者的重點關注[1-2]。車內空氣質量是指車內氣味的品質，與駕乘人員的身體健康密切相關[3]。目前，國內主機廠通過控制零部件及原材料氣味的方式對車內氣味狀態進行控制[4-6]，管控手段主要包括專業氣味人員主觀氣味性評價、TVOC檢測以及應用GCO-MS技術等[7]。

主觀氣味性評價是一種嗅覺辨別法，對專業氣味人員的嗅覺能力要求很高[8-9]。實際評價過程中由于不同人員對氣味感知能力不同，受到包括溫濕度、人員健康狀態甚至心情等諸多因素的影響，使得不同人員的氣味評價結果差異較大[10-12]。因此，氣味性評價結果主觀性過強。另外，部分零件原材料無法進行主觀氣味性評價，如含玻纖和粉末類的材料。但目前市場上還沒有能夠快速準確評價氣味強度和辨別氣味種類的方法和設備。

TVOC檢測是一種利用專業設備如GCMS（氣相色譜質譜聯用儀）對零件釋放的化合物進行定量分析的方法，主要包含袋式法和艙式法兩種[13]，這兩種測試方法普遍存在的問題是除了需要前端樣品加熱及氣體采集設備，還需要配套后期分析設備，設備體積龐大，測試周期長，無法進行及時有效的監控。往往在發現測試結果不合格時，不合格零件已經批量上線[14]。

GCO-MS技術將GC的分離能力與人的敏感嗅覺相結合，在獲得樣品釋放的化合物組成的同時，獲得有氣味響應的化合物的氣味強度結果和氣味類型[10]。不僅可從復雜的揮發性物質中發現相應氣味活性物質，還可以獲得氣味化合物的氣味類型。但氣味評價結果仍來源于專業氣味人員，同時存在傳統TVOC測試設備體積龐大、測試耗時長的缺點，該技術同樣無法應用于整車廠氣味在線批量監控，而且相對于主觀氣味性評價，此方法對氣味評價人員的能力要求更高。

為了更好地實現實時氣味狀態監控，現場需要一種快速測試技術來滿足質量控制的需求。本文中使用的這種快速質譜技術就能很好地解決目前面臨的問題。首先使用GCMS全譜分析來確定待測零件揮發的主要氣味物質成分，待測零件僅需在首次測試前進行一次全譜分析，通過參考標準圖譜來確定產生氣味的特征碎片離子峰，隨后使用便攜式質譜儀對樣品進行測試，通過對比特征碎片離子峰強度是否波動來確定零件氣味狀態是否穩定，該方法操作簡便，對測試環境要求較低且測試時間較短，每次測試只需要3～5分鐘即可完成，可實現快速準確實時監測的目的，且該設備體積較小，可實現移動測試，因此能夠快速、便攜、靈敏地實現汽車零部件的氣味狀態監控。

2 汽車零部件氣味快速評價方法應用

2.1 實驗裝置和測試方法

本文使用的實驗設備是英國ESS公司生產的Ecosys-P型便攜式四極桿質譜儀，該質譜儀進樣方式分為膜進樣和毛細管進樣兩種模式。該設備應用了熱解析和質譜混合技術，對采集的氣體分子進行快速預濃縮，然后將其注射進入質譜儀。最后通過將氣體分子裂解，并對帶電荷的離子按質荷比（/）大小依次排列形成質譜圖。

本文中所有待測樣品的進樣方式均采用毛細管直接進樣，進氣流量為20～25 ml/min，將樣品置于帶氣閥的氣體采集袋中，然后將采集袋密閉，待測樣品無需進行前處理，所有測試掃描模式均選擇全掃描模式，將質譜儀自帶毛細取樣管與氣體采集袋上的氣閥連接，需確保接口處密封性能良好，將其調整至測試模式。打開氣閥開始測試，獲得以質荷比（/）為橫坐標，以離子峰強度為縱坐標的質譜圖。

2.2 風窗清洗液氣味快速評價方法

本文首先嘗試使用便攜式質譜儀對車用風窗清洗液氣味進行分析。風窗清洗液氣味問題一直備受關注，合格風窗清洗液產生的氣味主要物質為乙醇，若違規添加甲醇，不僅會造成風窗清洗液氣味異常，還會對駕乘人員身體健康造成嚴重危害[15]。

圖1 甲醇和玻璃清洗液測試結果

圖2 不同甲醇含量標準溶液中質荷比為31和45的離子峰強度關系

使用便攜式質譜儀分析得到正常風窗清洗液和甲醇的質譜圖，測試結果見圖1。可發現二者存在明顯差異：在風窗清洗液的質譜圖中，質荷比/=31為特征主峰，且在/=45的位置有碎片離子峰出現；在甲醇的質譜圖中，質荷比/=31為特征主峰，而在/=45處無碎片離子峰生成。因此，若風窗清洗液中含有一定的甲醇時，質荷比/=31和/=45處碎片離子峰強度的比例關系會發生相應變化，故在質譜法測試風窗清洗液中是否含甲醇時，可選取質荷比/=31和/=45處離子峰強度比例關系進行分析。在N2背景下，選取甲醇質量分數分別為0%、5%、10%、20%、30%、40%的風窗清洗液標準液進行測試。圖2為不同甲醇含量的風窗清洗液測試結果，隨著甲醇含量的不斷增加，回歸曲線的斜率越小，即質荷比為/=45離子峰強度與質荷比為/=31離子峰強度的比值越小。這是因為，當風窗清洗液中含有甲醇時，由于甲醇在/=31處有離子峰出現，/=45處無離子峰出現，所以此時風窗清洗液在/=31處的離子峰強度增加，而在/=45處的離子峰強度保持不變，就會導致/=45與/=31離子峰強度比值降低，且隨著甲醇含量的增加，回歸曲線的斜率不斷降低。據此，可快速定性定量檢測風窗清洗液中是否混入甲醇。

2.3 儀表板PVC表皮氣味快速評價方法

圖3 儀表板PVC表皮烘烤前后對比圖

通過便攜式質譜儀對車內儀表板PVC表皮氣味進行分析測試。由于儀表板PVC表皮揮發出來的氣味物質成分不明，故需要通過GCMS對其進行全譜分析來確定其成分組成。分析發現，某車型儀表板PVC表皮中釋放的主要氣味物質為2－乙基己醇（CAS號為203-234-3），通過查詢2－乙基己醇標準質譜圖，確定質荷比/=43和51為其質譜特征峰。因此利用便攜式質譜儀對烘烤前后的儀表板PVC表皮進行全掃描測試，獲得烘烤前后的質譜對比圖。如圖3所示，未經烘烤的PVC表皮在質荷比/=43和57處的碎片離子峰強度高于烘烤后的表皮，由此可知，經過烘烤后表皮釋放出的主要氣味物質2－乙基己醇的氣味強度有明顯降低。據此可根據特征碎片離子峰強度波動情況，來監控儀表板PVC表皮批量氣味狀態是否穩定。

3 汽車零部件氣味快速評價方法的應用與拓展

目前，可利用便攜式質譜儀對風窗清潔液和儀表板PVC表皮等零件的氣味狀態進行有效管控。但汽車內飾零件所使用的非金屬材料種類繁多，來源復雜，其揮發出的氣味物質也層出不窮，在使用快速質譜技術測試時，所得質譜圖峰形較為復雜。因此，針對不同零件及其揮發性氣味物質，建立相應的質譜圖解析方法是下一步工作的重點。

此外，該快速評價方法依賴于豐富的質譜數據庫，需要在測試之前對待測零件進行全譜分析，以確認零件的主要氣味物質，目前還未形成較為完善和全面的數據積累，有待日后加以完善和發展。

通過便攜式質譜儀對汽車多個零件氣味進行反復測試，測試結果一致性較好。圖2中亦可發現多組數據呈現良好的線性一致性，這從另一個角度反映出該設備的穩定性較好。該質譜儀體積較小（616×220× 433 mm），又具有操作簡便的特點，對測試環境要求較低，關鍵是該方法測試時間較短，測試一個樣品僅需3～5 min，可通過測試所得的質譜圖客觀地分析零件氣味狀態是否出現波動。如將設備置于整車廠物流區域，可實現在上線前對零件氣味狀態的實時監控，有效解決目前面臨的零件氣味問題，后續將建立不同物質所對應的質譜解析方法，逐步完善數據的積累，利用便攜式質譜儀逐漸對其他內飾零件進行氣味監控。

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A Rapid Method for Detecting the Odor of Automobile Parts

ZHANG Xiaojun1, WANG Donghao2, HAN Guosong2

( 1.Saic Volkswagen Automotive Co., Ltd., Shanghai 201805;2.Saic Volkswagen Automotive Ningbo Branch Co., Ltd., Zhejiang Ningbo 315336 )

This paper summarizes the current situation of odor control of automobile parts. The control methods mainly include subjective odor evaluation of professional odor personnel, TVOC detection and GCO-MS. In view of the limitations of the above methods in the field application, this paper introduces a rapid mass spectrometry technology using portable mass spectrometer to detect odor, and shows the practical application of this technology in the field of automobile odor detection. Through the analysis, the paper draws a conclusion: this method is simple to operate,the test results show good linear consis- tency, has low requirements for the test environment and short test time, and can realize the real-time monitoring of the odor status of parts before going online.

Subjective odor evaluation; GCMS; Rapid mass spectrometry; Portable mass spectro- meter; Fragment ion peak

U465

A

1671-7988(2021)24-148-04

U465

A

1671-7988(2021)24-148-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.024.035

張曉俊，女，就職于上汽大眾汽車有限公司，主要從事汽車材料質量控制及研究管理工作。