壁紙中甲醛含量的測定及不確定度評價研究

摘要：壁紙作為現(xiàn)代家裝的常用材料，其中甲醛含量的高低是影響壁紙好壞的最主要因素之一.甲醛和乙酰丙酮在一定條件下會發(fā)生反應(yīng)生成淡黃色物質(zhì)，測得樣品的吸光度，通過設(shè)計公式計算甲醛含量，同時對實(shí)驗過程中的不確定度進(jìn)行評價.實(shí)驗過程中的不確定度因素主要來自于空白實(shí)驗的校正、光譜的測定結(jié)果以及多次重復(fù)的測定，而甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制將會直接影響甲醛含量測定的不確定度分析.

關(guān)鍵詞：壁紙；甲醛含量；不確定度

中圖分類號：O652"" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Evaluation of Uncertainty in Determination ofFormaldehyde Content in Wallpaper

LAI Shou-jun1， LI Juan2， LI Yue-zu1

（1.School of Chemical Engineering， Lanzhou University of Arts and Science， Lanzhou 730000， China;

2. School of Chemical Engineering， Lanzhou Jiaotong University， Lanzhou 730070， China）

Abstract：Wallpaper is a common decoration material and is widely used in building interior decoration projects. Among them， formaldehyde is one of the most important factors affecting the quality of wallpaper. This article uses this method to generate a light-yellow compound by the reaction of formaldehyde and acetylacetone. The absorbance of the sample is measured by the standard curve method and calculated. The formaldehyde content in the wallpaper is also evaluated for the uncertainty during the experiment. The experimental results show that the uncertainty factors in the experimental process mainly come from the calibration of the blank experiment， the measurement results of the spectrum and the repeated measurement， and the preparation of the formaldehyde standard solution will directly affect the uncertainty analysis of the determination of the formaldehyde content.

Key words：wallpaper; content of formaldehyde; uncertainty

0 引言

壁紙是現(xiàn)代家裝常用的材料之一，市場應(yīng)用前景非常廣闊［1］.在制作過程中，為了達(dá)到防腐防潮的效果，通常在此過程中添加甲醛等化學(xué)成分.相關(guān)資料顯示，在室內(nèi)的空氣中污染物種類較多，大約存在500多種，這一數(shù)量較室外高達(dá)約5～10倍.而在室內(nèi)的這些污染物中，甲醛對人體的危害相對來說更加嚴(yán)重，它是導(dǎo)致人體產(chǎn)生過多疾病的罪魁禍?zhǔn)字唬?-2］.與此同時，越來越多的廠家為了獲得更多的利益，在壁紙制作過程中添加了很多有害成分，其中甲醛為壁紙中的主要有害成分之一，所以測定壁紙中甲醛含量的方法不斷推陳出新.Manna S K［3］ 利用分子的光物理特性，對甲醛進(jìn)行選擇性的檢測.該方法對甲醛的測定有一定的準(zhǔn)確性，但是操作起來比較困難，對實(shí)驗儀器和操作人員都有較高的要求.Broek J等［4］制作了一個納米級甲醛探測器，并且證明了它可以檢測到空氣中的甲醛，在此基礎(chǔ)上合成了一個靈敏度更高的Pd傳感器，可以更快地檢測到室內(nèi)不同木材制品中的低濃度甲醛含量，且具有良好的一致性.該傳感器的出現(xiàn)在一定程度上彌補(bǔ)了快速測定甲醛含量的空缺，具有良好的實(shí)用性.Gao L P等［5］制作合成了一種電阻式的納米級傳感器，在室溫下可以快速檢測到空氣中甲醛的含量，而且在較潮濕的空氣中也可以很快的檢測到甲醛的含量.Jafari N等［6］采用高效液相色譜法測定血液中甲醛的含量，并對測量結(jié)果分析得到相關(guān)系數(shù)R2=0.999 8，檢出限為0.251，證明了實(shí)驗的可靠性.但是由于液相色譜的操作過程比較復(fù)雜，專業(yè)性也更強(qiáng)，應(yīng)用受到限制.本文將深入探討如何準(zhǔn)確測量壁紙中甲醛含量的方法，利用甲醛溶于水的性質(zhì)配置溶液，利用甲醛與乙酰丙酮反應(yīng)的機(jī)理對甲醛進(jìn)行定量分析，從而達(dá)到乙酰丙酮分光光度法測定壁紙中甲醛含量的目的，并對實(shí)驗過程中的不確定度進(jìn)行評價分析.通過一系列的實(shí)驗，將更加有利于增強(qiáng)對人們對于甲醛的認(rèn)識及防護(hù)能力.通過對不確定度評定，增強(qiáng)對其不確定度分析的理解.

1 實(shí)驗部分

1.1 實(shí)驗原理

甲醛（ HCHO ）極易溶于水，當(dāng)溶液的溫度達(dá)到40～50 ℃的時候，然后用乙酸－乙酸銨來調(diào)節(jié)溶液的pH，從而讓溶液的pH范圍保持在5.5～7.0，利用甲醛和乙酰丙酮（ C11H8O2）之間發(fā)生反應(yīng)，然后得到反應(yīng)產(chǎn)物2，6-二甲基-3，5-二酰基-1，4-二氫吡啶（ C11H15NO2），在 413 nm 處，此化合物會產(chǎn)生最大吸收，通過定量分析進(jìn)行甲醛的測定［7］.該反應(yīng)的化學(xué)方程式如圖1所示.

不確定度說明在實(shí)驗進(jìn)行過程中可能出現(xiàn)一系列的測量誤差，因此導(dǎo)致被測量值不完全精確.而且不確定度在某一范疇內(nèi)也顯示了測量結(jié)果的可信任程度.它的數(shù)值越小，表示其結(jié)果與真實(shí)值越靠近，實(shí)驗測量結(jié)果也更加高質(zhì)量，其水平也就越高，那么相對來說使用價值就越高.相反，數(shù)值越大的話就說明實(shí)驗數(shù)據(jù)的可利用價值就越低［8］.

不確定度能夠體現(xiàn)出實(shí)驗者賦予實(shí)驗數(shù)據(jù)的合理的分散性.對比誤差分析而言，不確定度的理論與實(shí)踐擁有位于前沿最新的解釋和闡述，以前僅通過測量數(shù)據(jù)的誤差來表示不確定度是不太準(zhǔn)確的，這兩種方式完全相異.因此測量不確定度評定擁有更加準(zhǔn)確的優(yōu)勢，它對實(shí)驗測量得到的數(shù)據(jù)結(jié)果在一定合理性上進(jìn)行不確定度評價［9-10］.

1.2 實(shí)驗試劑及儀器

1.2.1 實(shí)驗試劑

乙酰丙酮溶液（體積分?jǐn)?shù)1%）、乙酸-乙酸銨緩沖溶液（pH=5.2）、甲醛標(biāo)準(zhǔn)儲備液（1 mg/L）、甲醛標(biāo)準(zhǔn)使用液（200 μg/mL）.

1.2.2 實(shí)驗儀器

紫外光譜儀（UV-2550，日本島津公司）、水浴鍋（D/max-ⅢAX，日本Rigaku公司）、烘箱（DGH-9032A，上海精宏實(shí)驗設(shè)備有限公司）、比色皿（1cm，蘭州嘉特星工貿(mào)有限公司）、pH試紙（1-14，蘭州嘉特星工貿(mào)有限公司）.

1.3 實(shí)驗過程

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

（1） 分別取7支20 mL的具塞比色管，用5 mL的移液管分別移取0.0，0.2，0.8，1.6，2.4，3.2，4.0 mL的甲醛標(biāo)準(zhǔn)液至比色管中，然后用蒸餾水稀釋定容至20 mL.

（2） 比色管中分別加入為4 mL的乙酰丙酮，并搖至溶液均勻，然后置于水浴鍋中加熱15 min，此時水浴鍋溫度要保持在40±2 ℃.

（3） 加熱完成后，將比色管取出，放置在暗處冷卻至室溫.

（4） 以水為參比，使用1 cm 比色皿在波長為413 nm 處測其吸光度.

（5） 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：以甲醛含量為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)來繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線.

1.3.2 壁紙中甲醛含量的測定

將壁紙試樣均勻切取20張，切取規(guī)格為寬30±1 mm，長50±1 mm.然后分別將20 張試樣稱重，然后利用回形針將試樣懸掛于1 000 mL廣口瓶中，并且保證這些試樣一定不能直接接觸到廣口瓶，尤其是和里面的蒸餾水不產(chǎn)生接觸.然后移取50 mL 蒸餾水.最后將廣口瓶擰緊瓶蓋并進(jìn)行密封，移入烘箱中進(jìn)行烘烤，烘烤時長為24 h，該烘箱的溫度應(yīng)為40±2 ℃.24 h后，將烘箱中的廣口瓶取出，并取出壁紙，然后用移液管從廣口瓶中分別吸取10 mL的吸收水，將其移入50 mL的容量瓶中.然后向容量瓶中分別加入10 mL的乙酰丙酮溶液和10 mL的醋酸銨溶液，將其置于的水浴鍋中加熱15 min，此時應(yīng)控制水浴鍋的溫度為 40±2 ℃.15min后取出放在暗處，室溫條件下冷卻1 h.以水為空白參照，在413 nm處使用分光光度計測量溶液吸光度，最后對比之前繪制出的標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)對應(yīng)關(guān)系讀取樣品釋放出的甲醛濃度，與此同時做平行空白實(shí)驗.

2 結(jié)果與分析

2.1 壁紙中甲醛含量的分析結(jié)果

根據(jù)圖2的擬合曲線可得線性方程：y=0.018 3x+0.038 5；相關(guān)系數(shù)為R2 = 0.999 3；線性范圍為0～20 μg/mL.能夠滿足一般測定的要求.

3 結(jié)論

前期對壁紙進(jìn)行調(diào)查，選取具有代表性的純紙壁紙作為實(shí)驗對象，然后對試樣進(jìn)行預(yù)處理，在特定波長下測其吸光度，然后建立數(shù)學(xué)模型，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算出純紙壁紙中甲醛釋放量.最后對整個實(shí)驗過程進(jìn)行不確定度的評價.實(shí)驗過程中出現(xiàn)的不確定度的影響因素較多，由擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（cs）為0.010；由最小二乘法擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的溶液濃度的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1（c）為0.031；最后合成得到濃度的相對不確定度uCrel（c）為0.011；甲醛釋放量G合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uCrel（G）為0.017；擴(kuò)展不確定度U （G）為1.129 mg/kg.影響甲醛釋放量的因素很多，包括時間、溫度、濕度等.溫度和濕度越高，時間越長，則越有利于甲醛的釋放.

本實(shí)驗采用乙酰丙酮分光光度法對甲醛含量進(jìn)行測定及不確定度的評價，在一定程度上具有準(zhǔn)確性強(qiáng)、精度高、效率快的特點(diǎn)，可以為測量甲醛提供完整有效的技術(shù)和理論支撐.

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［責(zé)任編輯：紀(jì)彩虹］