干货 汽车内饰零部件及其材料VOC含量分析的采样方法

　　为了保证整车车内的空气质量满足国家标准GB/T27630《乘用车内空气质量评价指南》的要求，需要对汽车内饰零部件及其材料的VOC含量进行仔细的检测和控制，这项检测工作最重要的包含采样和样品分析两个步骤。目前常用的汽车内饰零部件及其材料VOC含量分析的采样方法有5种，即采样袋法、检测舱法、顶空法、热解析法和甲醛挥发法。主要介绍了这5种采样方法的检验测试对象、采样过程、应用场景范围、特点和使用成本等内容。

　　随着我国汽车保有量的一直增长，汽车与人们日常生活的关系更加密切，车内空气质量也慢慢变得受到消费者的关注和重视。近年来，由车内空气污染引发的纠纷和诉讼日渐增多，但是由于没有关标准作为依据，有关部门无法对消费的人的权益实施有效保护。为此，2007年12月发布了HJ/T400《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》，2011年10月又发布了GB/T27630《乘用车内空气质量评价指南》[2]并于2012年3月开始实施。GB/T27630的实施将促使汽车生产企业更加关注汽车内饰零部件的选材和制造工艺过程，更加重视车内空气质量上的问题，同时也成为消费者维护自身权益的依据。车内空气污染的来源主要是汽车内饰零部件及材料释放的挥发性有机物（VOC）,因此国内汽车企业纷纷根据国标要求，制定汽车内饰零部件及材料的VOC检测和控制技术标准，以改善车内空气质量。

　　汽车内饰零部件及材料VOC含量分析的采样方法大致分为5种，即采样袋法、检测舱法、顶空法、热解析法和甲醛挥发法。表1例举了采用这5种方法的常用企业标准。

　　采样袋法多为日系车企使用。以日产公司标准NESM0402为例对此办法来进行说明。本办法来进行VOC采样使用的采样袋由厚度为0.05mm的聚氟乙烯（PVF）制成，根据采样袋容积分为大袋子和小袋子两种方法，分别用于测量总成零部件和材料的VOC含量。

　　总成零部件的采样使用2000L的大袋子。采样时需要两个袋子，1个袋子放置试验样品，另1个袋子收集背景空气。安装在两个采样袋上的采集管路包括两套管路，1套管路用于采集分析醛酮类组分的气体样品，采样管内的填料为DNPH；另1套管路用于采集分析苯烃类有机组分的气体样品，采样管内的填料为Tenax。具体采样步骤如下。

　　a.将待检测的总成零部件样品放入袋子内，并在两个袋子内充入一定量（约800L）的背景空气。

　　c.将两个袋子放入鼓风烘箱内，在0.5~2h内使烘箱温度升至40℃或60℃（仪表板和后隔板零件采用60℃温度，其它零部件采用40℃温度）。d.保温4.5h后分别抽取气体样品（注意：先抽出的100mL气体不做测量）。

　　材料采样使用的袋子为10L的小袋子。采样时同样需要两个袋子，1个袋子放置试验样品，1个袋子放置背景气体。具体采用步骤如下。

　　a.将待测材料样品放入袋子内，并在袋子上连接聚四氟乙烯管路、采样管（醛酮组分检测采用DNPH填料，苯烃类有机组分检测采用Tenax填料）和采样泵。

　　b.密封采样袋，并将空气抽出，充入5L氮气，然后抽出，这样重复置换氮气3次以后进行恒温加热。

　　c.在0.5~2h内升温至40℃或60℃（仪表板和后隔板的材料采取使用60℃温度，其它零部件材料采取使用40℃温度）。

　　d.保温2.0h后分别抽取气体样品（注意：先抽出的100mL气体不做测量）。

　　虽然大袋子法和小袋子法的采样原理和采样流程基本一致，但由于采样对象和袋子容积的不同，两者的采样操作参数也不相同，具体的差异见表2。

　　采样袋法主要被日系主机厂（包括丰田日产铃木等）及其合资企业采用。该方法有如下的优点和缺点。

　　c.本采样方法关于零部件、总成的VOC含量分析的采样与HJ/T400-2007《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》中车内空气VOC含量分析的采样方法相似，这样有助于建立整车车内空气质量技术方面的要求与零部件／总成的VOC含量技术方面的要求的对应关系。

　　a.由于采样袋使用次数有限，且需要消耗一次性的DNPH吸附管，因此与其他几种采样方法相比，采样袋法的测试成本比较高，仅次于检测舱法。

　　总体而言，采样袋法是一种较为简便的测量零部件、总成VOC含量的采样方法，适合汽车企业和零部件供应商对零部件、总成的VOC含量进行仔细的检测和控制。

　　检测舱法的试验空间是1个体积为（10.05）m3的密闭空间，内部装有调节空气均匀度的装置和样品支架。为了调节空气交换率，试验箱体上安装有进气管和排气管。使用试验气体（丙烷）和氮气对火焰离子探测仪进行校准，压缩空气需经过湿度调节装置以规定的湿度通入检测舱，检测舱的采样装置如图2所示。

　　a.零部件放入检测舱前，首先对检测舱的温度和湿度进行调节，确保温度为（701）℃、湿度为（52）%。

　　b.试验前30min将检测舱温度调节至（650.5）℃，然后将试样样品放入检测舱内，密封检测舱。

　　c.试验分两个阶段，第1阶段取空气样品进行仔细的检测，第2阶段取雾化凝结样品进行仔细的检测。整个试验过程中借助火焰离子探测仪（FID）对舱内的VOC含量进行实时检测和记录。试验的具体流程见表3。

　　美国通用汽车公司、德国的大众汽车公司和宝马汽车公司等汽车企业及其合资企业采用此办法来进行零部件的VOC检测，该方法有以下优点。

　　b.本方法除了能检测苯烃类和醛酮类挥发性有机物以外，还能够直接进行雾化检测。

　　本方法能够检测的试验项目在所有采样方法中是最多的，检测成本很高。达到同样的密封性要求，检测舱的密封成本比采样袋的密封成本高很多；采样舱的内表面材料需要采用既不会产生挥发性有机物，也不会吸附挥发性有机物的不锈钢材料；实时在线检测的FID检测器的进气量小、价格昂贵。因此，无论从设备投资所需成本还是从使用成本来说，检测舱法都是最高的。只有规模较大、实力较强的汽车企业和第三方实验室才有能力配备此类设备。

　　顶空法是欧系汽车企业测量苯烃类挥发性有机物的常用方法，下面以通用汽车公司的企业标准GW8081为例进行说明。

　　顶空法使用的设备是顶空进样器和气相色谱仪。采样方法最简单，在顶空进样器中完成采样。从试验样品中裁取2克样品放入20mL的顶空瓶中，在120℃的温度条件下保温平衡60min，然后用注射器从顶空瓶中抽取一定量的气体，并通过气相色谱仪和FID检测器对其做多元化的分析。顶空瓶结构示意图见图3。

　　顶空法是一种比较通用的测量汽车内饰材料苯烃类挥发性有机物含量的方法。欧系大部分汽车企业均采用该方法对汽车内饰材料来采样和检测，国内部分自主品牌汽车企业（如吉利汽车公司等）也采用顶空法。该方法有如下优点。

　　a.本方法所取试验样品质量（2g）热解析法所取试验样品质量（10~30mg），检测结果的代表性和一致性比热解析法更好。

　　b.采样、检验测试过程简单，采样设备投资仅限于顶空进样器，且顶空瓶可以重复使用，因此测试成本较低。

　　但是目前GW8081、VDA277和PV3341等顶空法标准规定的分析设备均为气相色谱仪和FID检测器，而FID检测器只能检测和分析总的挥发性有机物含量，不能分析每一种苯烃类组分的含量。

　　热解析法是欧系汽车企业测量苯烃类挥发性有机物的另一种检测的新方法，下面以PSA公司的D105495为例进行说明。

　　热解析法的分析过程为：从待测样品上裁取一定质量（10~30mg）的材料放入热解析管中；将热解析管放入热解析仪中进行30min的90℃热解析，试验样品挥发出来的有机物气体经过传输线进入气质联用仪；通过气质联用仪分析得到各种苯烃类挥发性物的含量和总的VOC含量。热解析管的布置如图4所示。

　　热解析法使用的分析仪器与HJ/T400《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》标准规定的分析仪器完全一致。对国内的汽车企业来说，如果汽车内饰材料的采样和分析按照此办法来进行，则整车车内的VOC含量分析和汽车内饰材料的VOC含量分析能够使用同一套分析设备做，无需另外增加分析汽车内饰材料VOC含量的检验测试仪器，节约了设备采购成本，而且热解析管可以重复使用，因此本方法的测试成本较低，适合于大批量试验样品的检测和分析。

　　甲醛挥发法是测量汽车内饰材料醛酮类挥发物含量的通用方法，下面以PSA公司的D405535为例进行说明。

　　甲醛挥发法的分析过程为：用1个洁净的500mL广口瓶加入50mL去离子水；从零件或材料样品中裁取尺寸为60mm×30mm的试样，并用1根细铁丝悬挂于广口瓶内（图5），注意试样既不能接触瓶子内壁也不能接触去离子水；用酚醛树脂瓶塞密封广口瓶后，将广口瓶放入60℃的烘箱中保温3h，在环境和温度下冷却4h后，用一次性吸液管从广口瓶中吸取9mL溶液注入10mL容量瓶中，并加入1mL的DNPH溶液（6.1mol/L），使两者产生化学反应；用吸液管将反应后的溶液注入液相色谱仪的试验瓶中进行化学分析。

　　甲醛挥发法是一种应用较为广泛的方法。如果采用分光光度计分析试样，则只能测量样品的甲醛挥发含量；如果采用液相色谱仪分析试样，则可以测量各种醛酮类挥发物的含量，包括GB/T27630《乘用车内空气质量评价指南》要求的甲醛、乙醛和丙烯醛的