木家具中挥发性有机化合物检测技术_徐微

木家具中挥发性有机化合物检测技术  

徐 微/上海市质量监督检验技术研究院  

摘 要 利用环境舱法测试木家具中挥发性有机化合物，并对其预处理条件、标准体积承载率、标准 承载率下环境舱换气量、 吸附率（回收率）、 背景浓度的确定做了细致研究， 提出意见与建议。选择热 脱附/气相色谱 -质谱联用分析法对挥发性有机化合物进行定性定量分析， 并通过试验确定其最佳采样 条件、 标准物质选择、 热脱附及气相色谱 - 质谱条件。  

关键词木家具；环境舱；挥发性有机化合物（VOC）

0引言    

随着环境污染日趋严重，人们对自身健康安全 的重视度及对空气质量的关注度不断提高，相关的 装修或家具问题常常曝光于电视及各大报刊等媒体， 引起社会广泛关注。现今装修方面投诉主要集中在 消费者大都表示已购买绿色环保装修材料及检验合 格的家具，但经检测居住环境的空气质量仍会出现 不合格情况，并且不合格指标中又以总挥发性有机 化合物（TVOC ）居多。消费者大都怀疑是木家具问 题，事实上我国对家具中有害物质的监测确有不足。 现家具标准中仅对甲醛这一有害物质作了限量规定， 其余有害物质均无限量规定。而在室内环境污染控 制相关标准中除了甲醛，还对TVOC、苯等有害物 质也作了限量规定，这就不难解释为什么超标指标 以 TVOC 居多。  

根据分析，现行家具相关标准中虽然对甲醛作 了限量规定，但其检测方法是通过评价家具中使用 人造板材甲醛释放量是否符合板材标准来评价家具 产品质量，并未考虑整体家具总体甲醛释放量对居 住环境的影响。并且该方法是破坏性检测，会造成 不必要的浪费，企业或消费者承担的风险较大。对 于木家具中挥发性有机化合物（V0C）释放量的检 测暂无国家标准检测方法，但这一检测方法的研究 正在不断探索中，其中环境舱法测试木家具中挥发 性有机化合物是较为行之有效的方法。  

1环境舱法测试挥发性有机化合物    

木家具不同于单一材料，它是由多种原辅材料 采用不同工艺制造的终端产品，用材具有广泛性和 不确定性。它的 VOC 释放机理较单纯的板材复杂， 因此不能以材料有害气体释放总量来表示家具成品 的有害气体释放量。环境舱法采样收集各种材料及 制品中挥发性有机物释放量，是目前国际上通用的 检测方法。采用环境舱来模拟各种产品特定的使用 环境，运行一定时间后，采集一定量的气候舱中的 气体，通过适合的化学分析方法来检测分析所采集 气体VOC组份及含量，具有较高的准确度和实用性。  

环境舱法之所以在家具检测中被大力研究，主 要有三方面原因：其一、环境舱法是在不破坏木家 具原有结构的基础上所作的无损检测试验，较少浪 费，降低企业与消费者的成本。其二、环境舱的试 验条件能模拟家具的日常使用情况，真实地反映木 家具在其中所产生的效应。其三、该方法较萃取法、 干燥器法等在试验过程上显得更为简单。  

环境舱法在试验过程中主要有以下几个阶段： 家具预处理、进舱试验、采集空气、化学分析、计 算结果。在此就这几个阶段中较为关键的技术进行 阐述。  

1.1预处理条件  

经查，目前国内外尚无木家具 VOC 释放量的整 体测试标准，在技术上参考 4 个标准（主要预处理 条件见表 1）。  

ASTM 1333:2002标准适用于新生产的人造板， 且送检人造板在运送过程中须以聚乙烯膜或废板子 密封或同时采用两种方式包装。人造板作为家具主

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表1国外环境舱法检测VOC释放量的预处理条件  

标准	温度比	相对湿度/%	预处理时间	空气交换率/次・h-1	空气速率/m・s-1
ASTM 1333:2002	25±3	50±5	7 d ±3 h	0.5±0.05	/
ISO 16000-9:2006	23±2	50±5	未定	/	0.1 〜0.3
EN 717.1-2004	23±0.5	45±3	无预处理要求。但样品放在舱内 试验时间至少10 d （不超过28 d）	1.0±0.05	0.1 〜0.3
BIFMA M 7.1：2005	23±3	W 60	/	/	/

要材料，从人造板出厂、到家具企业采购、制造家 具有一个周期，家具产品中的人造板甲醛已释放了 一段时间，因此家具产品的预处理时间可以考虑适 当缩短一些。  

对于正常生产的家具产品，7 d 是业界认可的木 器漆完全固化的时间周期。家具产品从工厂生产入 库后再运输到检测机构至少2 d,再通过调质处理, 检测时达到完全固化，即 7 d 以后，因此预处理时 间可定在 5 d。  

在参照国外标准基础上,初步拟定木家具环境 舱试验条件如下：  

1） 温度（23±2）七，相对湿度（45±5）%；    

2） 空气交换率：1次/h；  

3） 空气速率：0.1 ~ 0.3 m/s；    

4） 时间：5 d（120 h）。    

1.2标准体积承载率  

体积承载率是指室内家具外形轮廓体积与室内 可交换空气体积的比值,能科学、真实地反映家具 在合理使用状态下的 VOC 释放情况。相对于其他 环境,使用者在卧室内摆放的家具密度较高,在卧 室内休息的时间也最长,特别是睡觉时一般都是密 闭门窗,室内新风量大大降低,此时木家具释放的 VOC 在卧室内集聚效应明显增加,空气质量较其他  

0.16「  

0.14 - 「 房间最差,可见卧室内家具 VOC 的释放量是最具代 表性的。上海地区调查 120 家不同年龄层卧室内木 家具体积承载率分布情况,如图 1 所示。  

调查结果统计显示,在三种不同年龄层的卧室 中,儿童房体积承载率平均值为 0.08,最高值不高 于 0.12；中青年房体积承载率平均值为 0.11,67.5% 的房间低于 0.12；中老年房体积承载率平均值为 0.10,92.5% 的房间低于 0.12。出于对孩子和老人的 保护,体积承载率控制在 0.12 以下是较为合理的。 在研究中采用卧室内木家具体积承载率作为标准承 载率,在此环境下家具检测合格,那么放在其他场 合检测家具也是合格的。因此在验证时确定可采用 0.12 作为家具标准体积承载率进行试验。  

以上调查不包括家具承载率特大或特小的房间, 也仅涵盖上海地区,涉及全国范围需进一步调查。  

考虑到实际测试中,如果小家具放入很大的舱 内测试,由于设备灵敏度和化学分析方法检测保留 的限制,很可能检测不出数据；大体积家具放到小 舱内测试可能浓度很高超出检出限,不确定度增大 导致数据失真 ,因此应按体积承载率最接近 0.12 的原则选择合适的环境舱。随后在适用范围内通过 调整换气率来实现同一环境舱内进行不同体积家具 检测的目的。

0.12 州 r n n n JI n  

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0.08 - [L 11 V n 1  

0.06  

0.04 I  

0.02  

2013/2 总第234期

1.3标准承载率下环境舱换气量  

查国内标准GB/T 18883-2002《室内空气质量标 准》，GB 50019-2003《采暖通风与空气调节设计规 范》，得知室内环境及工业建筑最少应保证每人不小 于30 m³/h的新风量，这个指标值是合理有效的。查 GB 50096-1999《住宅设计规范》，规定普通住宅层 高宜为2.8 m,卧室室内净高不应低于2.4 m。  

通过对上海不同年龄层次卧室内家具承载率情 况的调查，得到标准体积承载率为0.12。由调查结 果也可得知一般单人卧室的面积为9~14 m²,取中 间值12 m²作为标准模拟房间面积是较有代表性的。 室内净高一般为2.5 m,得到卧室空间体积为30 m³。 根据新风量每人最小值为30 m³/h，因此在这个标准 模拟房间内，最小的换气量为30 m³/h,即换气率为 1次/h。也就是说，每立方米空间内的最小换气量 为1 m³/h。将此值作为环境舱的标准换气量，1次/h 作为标准换气率。当不满足标准体积承载率时，调 整换气率，使换气率（"）与承载率（。）的比值即 单位空气流速n/a）为1 m/h（固定值）。这样就可以 较好地解决不同体积家具在同一环境舱内进行检测 的问题。  

由于n/a=标准换气率/标准体积承载率=1/0.12 （a取样品实际体积承载率），因此，n=a/0.12。当体 积承载率不满足标准承载率时，按该公式计算换气 率，作为环境舱的换气率。  

1.4吸附率（回收率）试验  

吸附率表征舱体对VOC的吸附性能，吸附性 能强将严重影响检测数据的准确性。参照国际标 准 ISO 16000-9：2006 《室内空气 建筑产品和家具 释放挥发性有机物的测定——释放试验舱法》，及 GB18584-2001 《室内装饰装修材料木家具中有害物 质限量》，在温度（23±2）七、相对湿度（45±5）% 时，回收率要求大于80%，即环境舱的吸附率要求 小于 20%。  

对于吸附率的验证，结合环境舱测试条件，利 用微量注射泵提供稳定的 VOC 释放源，在此可采用 甲苯或正十二烷进行吸附率试验。在环境舱不换气 的情况下，将给定量的标准物质甲苯或正十二烷投 放入气候舱内，计算出舱内甲苯或正十二烷的给定 浓度，2 h后测定气候舱内甲苯/正十二烷实测浓度， 计算平均吸附率。  

1.5背景浓度的确定  

空载时环境舱内 VOC 背景浓度过高会严重污染 样品，影响检测结果，因此需严格控制环境舱内背 景浓度的限量。参考国际标准ISO 16000-9:2006, LY/T 1612-2004《甲醛释放量检测用1 m³气候箱》, 国内标准GB 50325-2010《民用建筑工程室内环境 污染控制规范》附录 E 中，环境舱背景浓度建议向 国际标准靠拢，建议控制在VOC不超过20 “g/m³。 从而提高我国家具质量，使其在国际市场上更具竞 争力，巩固我国家具生产大国和出口大国的地位^［2］。  

1.6热脱附/气相色谱-质谱联用分析法 测定空气中 TVOC 的测试方法比较成熟，目前 常见的两种方法为热脱附/气相色谱分析法和热脱附 /气相色谱-质谱联用分析法。挥发性有机化合物 的测定通常利用含有Tenax TA吸附剂的吸附管采集 一定体积含有样品释放出的挥发性有机化合物的混 合气体，收集到的气体通过热解析后进入气相色谱 一质谱）分析测定，被吸附剂吸附的物质陆续解吸。 由于样品完全解吸可能需要较长的时间，使最终的 色谱峰变宽，降低了色谱的分辨力。为此热解吸后 采用冷阱二次捕集，例如被测物脱附后进入-50七 的冷阱二次捕集，然后冷阱迅速升温，达到“闪蒸” 的目的 ^［3］。再进入配备有毛细管柱的气相色谱，经 非极性色谱柱（极性指数小于 10。进行分离。使用 FID（质谱）检测器进行检测，可用质谱定性，峰 高或峰面积定量。最后计算保留时间在正己烷和正 十六烷之间（包括正己烷和正十六烷。的挥发性有 机化合物的总和。冷阱吸附性很小，主要是靠冷冻 起到对待测样品的阻留作用。这样既解决了待测组 分从吸附管中解吸所需时间问题，又保证样品谱带 较窄，可显著提高色谱分辨力和分析灵敏度。  

国内室内空气中TVOC检测主要依据GB50325 - 2010的标准要求，采用热脱附/气相色谱分析法。 在数据验证过程中发现，由于气相色谱对物质定性 的局限性，只能对特定VOC组分进行定性定量分析, 其余均以甲苯计算的VOC量占到总量的80%以上， 对检测结果的影响很大。为此选用热脱附/气相色 谱-质谱联用分析法对木家具中VOC的释放量作 检测。  

1.6.1采样条件  

环境舱法测试木家具中 VOC 的检测，其采样基 本可参考GB 50325-2010中的方法，其中采样时间 可参考GB/T 18883-2002,以12h后采样为宜，此 时间更能真实地模拟消费者在卧室中生活的情况（一 般晚上休息时间最长，基本在12 h左右）。  

1.6.2标准物质  

标准物质的选择除参考GB 50325-2010中VOC

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的八组分 [ 苯、甲苯、苯乙烯、乙苯、对（间）二甲苯、 邻二甲苯、乙酸丁酯、正十一烷] 外，建议应尽可 能多地对其他物质进行定性定量，最好包括乙酸乙 酯、环己烷、a-蒎烯、异丁醇、三甲苯、正己醛、萘、 甲基萘、三氯乙烷等检出频率较高的化合物。  

163热脱附条件  

根据试验验证推荐：采样管初始温度：40七； 聚焦管初始温度：-50T；采样管脱附温度：280T； 采样管脱附时间：5 min；采样管脱附流量： 60 mL/min；聚焦管脱附温度：280七；聚焦管脱附 时间：1 min;传输线温度：280七。  

1.6.4气相色谱-质谱条件  

毛细管色谱柱为Agilent 123-0162； 360T； 60 mx320 |jimx0.25 Jim；由于目标组分比较多且 沸点比较低，所以从40T低温开始程序升温。在此 基础上对升温速率进行测试发现，初温40T,保持 2 min,以6七/m in速率程序升温到150T,然后以 15七/min速率程序升温到250^,再以25七/min速 率程序升温到300T,保持至所有组分流出；柱流 量：1.2 mL/min；进样方式：分流，分流比：50 : 1； 离子源温度：230T;接口温度：280T;溶剂延迟 时间：9 min。在此条件下，各目标化合物分离完全, 响应和峰形达到最佳。  

以上分析条件属试验验证推荐,实验室可根据 自己实验设备的条件选择更适合的热脱附 /气相色 谱-质谱试验条件。  

2结语    

我国虽然已颁布了人造板、胶黏剂、溶剂型木 器涂料等家具生产原料的有害物限量标准 ^[4,5,6],但 是针对整体家具有害物质限量的检测仍停滞在单一 甲醛这一指标的控制上 ^[7]。通过对国内外关于环境 舱法测试木家具中挥发性有机化合物检测技术的研 究,提出以上几点在环境舱法中的关键因素,希望 能为 GB 18584-2001 等国家标准的制定提供些许技 术上的支撑,使得该标准能够更完善、更以人为本。 同时也期待我国家具标准制定部门能尽快出台相关 标准,从国家层面根本解决现今装饰装修与环境质 量间的矛盾问题。标准的出台不仅顺应全球绿色低 碳环保策略,利于我国家具业的迅速发展,加速家 具产品加工工艺的革新和新型材料的应用,更实际 地满足广大消费者的健康安全需求。  

参考文献：  

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[16] European Committee for Standardization. EN 717-1：2004[S]. Switzerland, 2004.  

The study of determination technology of volatile organic compounds from wood furniture    

XU Wei    

( Shanghai Institute of Quality Inspection and Technical Research)    

Abstract: Use of climate chamber testing of volatile organic compounds (VOC) from wood furniture, and make a detailed study of determination of pretreatment conditions, standard volume hosting rates, air change quantity of climate chamber under standard volume hosting rates, absorption rate (returns-ratio), background concentration. Propose the author personal opinion and suggestions. Carries on the qualitative and quantitative analysis to volatile organic compounds (VOC) by the thermal desorption/gas chromatography - mass spectrometry analysis method, and through tests to determine the best sample conditions, standard material selection, thermal desorption and gas chromatography - mass spectrometry conditions.  

Keywords: wood furniture; climate chamber; volatile organic compounds (VOC)

2013/2 总第234期