采用氣相色譜法測定建筑裝飾材料中的苯類有害物質的研究

孫歡

（江西省建材產品質量監督檢驗站有限公司，江西 南昌 330001）

引言

現階段，很多室內裝飾行業過于關注材料的使用效果，以至于忽略了物質成分與材料的含量。此外，由于市場競爭壓力較大，很多企業為了降低材料生產成本會使用低廉價格的材料，這些材料中極有可能存在苯類有毒物質，對人體健康十分不利。由此可見，圍繞建筑裝飾材料進行分析，研究運用氣相色譜法測定材料中的苯、二甲苯等物質，對于該行業的可持續發展至關重要。

1 建筑裝飾材料有害物質

內墻涂料是建筑物裝飾過程中必須使用到的材料種類之一，且這種材料的使用難度較小，可以有效幫助裝飾人員降低材料成本，因此被廣泛應用在建筑裝飾工作中。而溶劑型木器涂料作為材料中色澤、質量、性能較強的種類之一，更是發揮著至關重要的作用，但是若材料加工不夠徹底，在使用過程中也會對周圍的環境造成一定的污染，其中的苯類有害物質甚至會對人體健康產生非常不利的影響[1]。

2 內墻涂料與其他材料中的有害物質分析

2.1 內墻涂料

內墻涂料從溶劑性質的情況進行劃分，可以分為水性與溶劑型兩種，且以上物質的使用的范圍較廣，如現在較為常見的乳膠漆和聚乙烯涂料等，這種材料雖然整體外觀性能保持較好，但是在涂刷之后會產生一種有毒物質。因此在后續的發展過程中很多裝飾公司開始使用樹脂水性材料。這種合成樹脂乳液材料比傳統的裝飾材料的生態環保性能更強，但在使用過程中依舊會含有大量的游離甲醛，且這種物質在短時間內難以清除，會對環境和人體造成嚴重的危害[2]。綜合以上情況分析，研究人員發現在大量的裝飾材料中，有害物質組成屬于易揮發物，且含有大量的汞、鉛等物質。

2.2 溶劑型木器材料

溶劑型木器材料是近幾年來使用較為廣泛的一種，包括聚氨酯、硝基類等，屬于改性材料。其中二甲苯溶劑更是因其吸附性較好等優勢被廣泛使用，在裝飾行業中具有非常重要的作用。但是由于我國相關行業的技術發展水平較差，因此其溶劑中的TDI 數值較高，會對人體產生危害。

2.3 各種有害物質對人體的不利影響

第一種是本研究的重點，也就是苯類材料，主要包括甲苯和二甲苯。這種物質具有高致癌性，會在長時間內影響人體系統的造血功能和神經系統。此外苯類物質還會對人們的呼吸道和皮膚產生嚴重的刺激。這種物質在涂料中較為常見，會隨著雜質的產生進入材料中。通常情況下，苯類物質的含量與裝修材料的制作工藝和技術水平有關。若是運用石油萃取的形式進行，則苯類物質的含量較低，但是若使用其他形式則會很難控制材料中的雜質，以至于苯類物質含量增加。

第二種是指重金屬，包括鉛、鉻等。此類物質也被稱為裝飾材料中最為常見的集中污染物質，會對人體產生危害，其最主要的表現形式便是對人的神經、智力系統產生影響。此外，各類物質與人體長期接觸會導致皮膚潰爛等狀況[3]。很多顏料中的顏色調配是利用鉛白等物質，在此過程中雖然很多企業希望能夠從天然物質中提煉色彩，但是也會夾帶很多的重金屬物質。表1 為不同類別苯類物質的數據研究參數。

表1 線性回歸方程與相關系數

3 實驗目的

氣相色譜法具有分離質量好、應用范圍廣的特點，被廣泛應用于快速物質測定以及污染物分析中。鑒于此，本文將進行氣相色譜法的實驗，以此檢測裝飾材料中苯類物質的濃度與含量。此外，此實驗的進行還有助于與其他檢測形式進行比對，以此確保測試方式達到精準度要求。

4 試驗方法

4.1 準備工作

為了能夠更加精準的了解裝飾材料具體數據情況，在進行試驗之前，要準備不同類型的材料和設備。但是在設備準備過程中要求必須含有多種色譜柱，且色譜柱的選擇除了專用之外，其他測試中也可以選擇普通類型。在此試驗過程中可以選擇弱與強兩種類型的色譜柱，并針對不同類型的裝飾材料進行實測。在完成前期的準備工作之后，要結合實驗要求和相關標準進行色譜分離測試。與此同時，甲苯二異氰酸酯，簡稱TDI，這種物質是裝飾材料中非常常見的一種有害物質，在長年累月的記錄過程中，會對人體的呼吸道黏膜產生非常嚴重的刺激，甚至會成為哮喘等呼吸道疾病的主要誘因。現階段，這種物質在聚氨酯材料中的含量較大，在后續的工作中需要相關人員加大對含量的管控。在實驗過程中需要加大對有毒物質含量的關注，做好檢測細節的把控。在實驗之前，要不斷測試周圍的環境和條件，進而在明確數據信息之后進行測試，且測試過程中不能隨意對參數進行更改。在此基礎上，實驗過程中需要加大對色譜峰值、面積等情況的重視，這些方面的數據對于后續的實驗結果十分重要。所以在實驗的過程中應該盡可能地延長數據的保留時間，并利用后續的實驗工作加大對材料性質和特點的分析。圖1 為氣象色譜圖常規流程。

圖1 氣象色譜圖常規流程

為了能夠進一步確保最終試驗工作的精確度，除了需要加大對準備工作質量的重視，還要進行實驗條件的選擇。如針對極性色譜柱，要結合實際需要選擇合適的種類才能夠達到預期的效果。在本次實驗中，結合實際需求，選擇了EFBC 色譜柱。此外在實驗的過程中需要對其尺寸進行嚴格的管理和控制。與此同時，氣化溫度對實驗結果的影響較大，因此在控制溫度以外還需要盡可能維持色譜峰的穩定性，進而確保實驗結果的科學性與合理性。圖2 為氣相色譜法的運用。

圖2 氣象色譜法的運用

4.2 實驗過程

根據現階段，室內裝飾材料行業CA00815-2001和CV46285-2001 相關標準的具體需要，進行了多次試驗，并將AC-1 作為分析對象，運用程序升溫的形式，在30 min 之內檢測出了不同材料中的苯類物質含量，包括甲苯、二甲苯等。

首先，為了達到測定結果的要求，還要在不同物質溶液中添加5 ml 左右的正庚烷，并結合數據情況進行精密度測試，并得出數據，見表2。

表2 精密度實驗數據

其次，要準備以下幾種材料和設備：CS003 氣相色譜儀、CRF 檢測設備。且材料樣品中的苯材料需為色譜純。與此同時，其他的烷類物質應是色譜純。而TDI材料的含量要求要達到98.99%及以上。在制定乙酸乙酯溶劑時，要求溶劑中水的含量需要＜0.2*10-2，而醇的含量則需要控制在＜0.1*10-3。

最后，要進行色譜測定，需要滿足相應的條件信息，包括溫度控制為140 ℃；檢測環境內部溫度為210 ℃；程序升溫過程中，最初的溫度應該保持在30℃，時間為5 min；升溫速度控制在5 ℃/min；最終的溫度控制在160 ℃，且保持9 min 左右。

定性環節需要運用到色譜柱，并結合實際情況設定操作條件，直至儀器穩定之后，便可分析數據情況。其中校正因子的測定可以用以下公式進行計算：

F=Ci*Ad/Cd*Ai

式中：F 為指材料的校正因子；Ci 為混合溶液中的化合物質量；Cd 為正庚烷的質量；Ai 為指正庚烷的峰面積。定量工作也是進行此實驗工作中非常重要的一點，由于樣品中的成分含量較為復雜，因此不同類別的樣品可能會對結果造成不同程度的影響，在定量過程中傳統的方式無法達到預期效果，而需要運用到內標法才能夠滿足定量工作的需求。內標物的選擇要根據涂料種類而定，且需要滿足以下條件：一方面不能與樣品存在同類的物質，另一方面不能與樣品本身存在反應。在此基礎上，內標物在溶劑中的溶解性需要達到標準，且應該有較好的物質分離效果。因此很多實驗會運用正十四烷等，這種物質的化學性質穩定，可以與乙酸乙酯溶劑達到完全分離的效果。

與此同時，在進行溶液配制的過程中，要保證正庚烷與正十四烷的重量為900 g 左右，且上下波動范圍不能超過100 g。并將其放置在量杯中，用不同含量的乙酸乙酯進行溶解，并分別取二甲苯等不同苯類物質1 000 g，將其與正庚烷、乙酸乙酯等進行融合，以此進行后續的定容和取樣工作，圖3 為標樣色譜顯示。

圖3 標樣色譜

圖3 中數值分別對應苯、正庚烷溶液等苯類物質。在進行樣品制備時，要求將1.0～2.0 g 的樣品放置在容量為50 ml 的瓶子中，并加入4 ml 左右的內標物，并結合物質中的TDL 含量情況選擇是否添加正十四烷，并對其進行稀釋。此外，在實驗過程中還需要用以下公式計算二甲苯等苯類物質的含量：

式中，X 為樣品中的物質含量；F 為校正因子；Cd 是指正庚烷的質量；Ai 則是指正庚烷的峰面積。

5 實驗分析

溶液中由于存在大量的N 元素，因此傳統的二甲基甲酰胺難以確保測定精準度，所以應該選擇乙酸乙酯作為稀釋溶液。此外在測定過程中由于部分的苯物質穩定性較差，很容易揮發，因此為了保證結果精準性，應該確保柱溫處于標準溫度值范圍內。而在實驗過程中，研究人員認為150 ℃為最佳環境。此外在分析過程中也可以運用甲苯二異氰酸酯、三氯代苯等物質代替原有材料進行測定。與此同時，在有機物方面，同一裝修材料中的色譜變化若存在一定的差異，則說明有機物有一定的不同，而若是實驗過程中不同次數的數據變化較為嚴重，則需要多次進行實驗，檢查數據變化情況。

從表3 中我們可以看出，實驗室間與實驗室內的Z 值可以達到判定效果，且整體情況較好。尤其是前兩者的數值整體偏低，這說明測試情況較好，質量較高，同時也說明前兩種物質作為同分異構體，其物理和化學性質較為相似，峰于峰之間有一定的聯系，差距較小。此外，根據實驗室間與實驗室內Z 值情況分析來看，本實驗中的氣象色譜法運用質量較強，且數據精準度較高。

表3 實驗結果比對

6 結論

在對建筑裝飾材料進行檢測的過程中，需要選擇科學的方式進行，這樣才能夠最大限度的確保檢測工作的質量和效率。然而由于建筑裝飾材料的種類較為復雜，因此在檢測的工作中需要運用到氣相色譜相關儀器，進而增強對有害物質檢測的質量，從而從根本上降低有害物質的含量，為相關行業的進一步發展創造良好的條件。