一種快速測定材料中svoc散發(fā)特性參數(shù)的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半揮發(fā)性有機(jī)物（SV0C)物理性質(zhì)檢測領(lǐng)域，特別涉及對SV0C散發(fā)特 性的測量裝置及方法，用于測試材料中SV0C的散發(fā)特性參數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 室內(nèi)空氣品質(zhì)顯著影響人們的舒適、健康和工作效率，越來越受到人們的關(guān)注。近 幾十年來，半揮發(fā)性有機(jī)物（英文縮寫SV0C)被廣泛用于各類室內(nèi)復(fù)合化學(xué)材料及其制品， 例如塑料制品中的增塑劑鄰苯二甲酸酯類化合物、建筑防火材料及電子產(chǎn)品中的阻燃劑多 溴聯(lián)苯等。這些室內(nèi)材料和制品會散發(fā)SV0C到室內(nèi)空氣中，導(dǎo)致室內(nèi)空氣質(zhì)量惡化，危害 人體健康。研宄表明，SV0C人體暴露是引發(fā)內(nèi)分泌激素失調(diào)、小兒哮喘、皮膚過敏、男性精 子活力下降、出生缺陷等疾病的重要原因。然而，目前對室內(nèi)SV0C污染尚缺乏相關(guān)的控制 策略和治理手段。這是由于目前國際上對室內(nèi)SV0C的源散發(fā)特性、傳輸特性和干預(yù)控制等 方面的研宄尚處于起步階段。而作為室內(nèi)SV0C傳輸特性和干預(yù)控制等的基礎(chǔ)，SV0C源散 發(fā)特性的快速、準(zhǔn)確測定又是重中之重。
[0003] 已有的研宄表明，室內(nèi)材料的SV0C散發(fā)特性可用一個特性參數(shù)來表征，即材料表 面與空氣交界面處空氣側(cè)的SV0C濃度。此特性參數(shù)通常表示為％，常用單位為yg/m 3。由 于SV0C在室內(nèi)材料中的含量通常很高（大約占材料總質(zhì)量的10% )，而SV0C的散發(fā)速率 極低，即使經(jīng)過很長的時間，也只有極少量的SV0C脫離了源材料；以乙烯基地板中的增塑 劑鄰苯二甲酸二（2-乙基）己酯（簡稱DEHP)的散發(fā)過程為例，即使經(jīng)過一年的散發(fā)，也只 有0. 003%的DEHP脫離了乙烯基地板。因此，在相當(dāng)長的時間內(nèi)，若給定散發(fā)溫度，y(l可視 作一個常數(shù)。如何快速、準(zhǔn)確地測定也就成了測量材料SV0C散發(fā)特性的關(guān)鍵。
[0004] 現(xiàn)有測量％的裝置通常是將含SV0C的材料放入一個用于測定揮發(fā)性有機(jī)物特性 的通風(fēng)艙內(nèi)，通以空氣，在出口處用Tenax TA管監(jiān)測SV0C濃度變化，Tenax TA管采樣時需 要實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)空氣以一定流量通過Tenax TA管，使氣流中SV0C吸附于Tenax TA管中的吸附 劑，直至實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)SV0C濃度達(dá)到平衡；利用SV0C在實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的散發(fā)模型對測得的濃度進(jìn)行 擬合，從而求得。由于通風(fēng)艙具有很大的內(nèi)表面積，且SV0C易于被各種表面吸附，實(shí)驗(yàn)艙 內(nèi)SV0C氣相濃度達(dá)到平衡的時間通常為幾個月甚至更長。通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)艙結(jié)構(gòu)，使實(shí)驗(yàn)艙 內(nèi)SV0C材料的散發(fā)面積最大化而實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)壁吸附面積最小化，可使SV0C氣相濃度達(dá)到平 衡的時間縮短至2~5天，從而極大縮短測定時間。然而，這類通風(fēng)艙方法，需要耗費(fèi)大量 的潔凈空氣，實(shí)驗(yàn)成本高；需要配置供氣管路、氣體流量計(jì)、采樣管路、采樣泵等額外設(shè)施， 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)操作都較為復(fù)雜；此外，平衡濃度、對流傳質(zhì)系數(shù)h m和實(shí)驗(yàn)艙通 風(fēng)量Q的函數(shù)，而hm只能通過經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，一定程度上降低了 ytl結(jié)果的準(zhǔn)確性。概 而言之，目前尚缺乏一種能快速、準(zhǔn)確測定SV0C材料散發(fā)特性參數(shù)％的裝置和方法。
[0005] 固相微萃取儀（SPME)發(fā)展于上世紀(jì)90年代初，由于其無需溶劑、采樣量小、結(jié)構(gòu) 簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛用于固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)有機(jī)物濃度測定中。SPME的結(jié)構(gòu) 示意圖，如圖1所示。SPME類似于注射器，該裝置包括一個萃取頭1、一根不銹鋼內(nèi)芯2、一 根不銹鋼針管3、一個旋轉(zhuǎn)頭4及一個密封墊5。萃取頭是一根涂有固定相萃取涂層的熔融 石英纖維，石英纖維一端連接不銹鋼內(nèi)芯，不銹鋼內(nèi)芯外套不銹鋼針管以保護(hù)石英纖維不 被折斷。不銹鋼內(nèi)芯從針管的另一頭伸出，并連接一旋轉(zhuǎn)頭（用于與自動進(jìn)樣器連接），通 過推拉旋轉(zhuǎn)頭可使萃取頭在針管中伸縮。SPME的基本原理是將樣品中的目標(biāo)物吸附到萃取 頭的涂層中，然后通過解吸附分析目標(biāo)物的吸附量。與Tenax TA管相比，SPME的優(yōu)勢在于 結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，且無需通以恒定氣流即可實(shí)現(xiàn)對SVOC濃度的測定。然而，目前鮮有用 SPME測定氣相SVOC濃度的實(shí)例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有裝置的不足之處，提出一種快速測定材料中SVOC 散發(fā)特性參數(shù)的裝置及方法。本裝置采用密閉艙結(jié)構(gòu)，無需測量氣體流量，結(jié)構(gòu)簡單，操作 方便，本方法為測定不同材料的SVOC散發(fā)特性參數(shù)％提供了穩(wěn)定可調(diào)的條件；實(shí)驗(yàn)時間大 大縮短，且實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)SVOC平衡濃度即為％，具有較高的準(zhǔn)確性。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種快速測定材料中SVOC散發(fā)特性參數(shù)的裝置，其特征在于，該裝置包括兩個固 定板、兩塊完全相同的含SVOC的材料、一個圓環(huán)和n個固相微萃取儀四種部件，n為2的倍 數(shù)；所述圓環(huán)放置在兩塊材料中間，兩個固定板分別放置在兩塊材料的另一側(cè)，各部件相互 緊密相連，整體結(jié)構(gòu)上下對稱呈扁平狀；所述圓環(huán)將兩塊材料隔開，并在圓環(huán)內(nèi)部營造密閉 靜止的圓柱形實(shí)驗(yàn)艙；圓環(huán)的厚度與內(nèi)徑之比〈0. 05,以確保散發(fā)源的散發(fā)面積與圓環(huán)內(nèi) 壁的表面積之比>10 ;圓環(huán)的側(cè)壁距離上下表面等高處開有n個小孔，固相微萃取儀由小孔 扎入實(shí)驗(yàn)艙，實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)SVOC濃度的測量。
[0009] -種采用如上述裝置的快速測定材料中SVOC散發(fā)特性參數(shù)的方法，其特征在于， 該方法包括以下步驟：
[0010] 1)用溶劑將圓環(huán)的內(nèi)壁及小孔清洗幾遍，以去除其吸附的SV0C，在干凈空氣中晾 干后，組裝好除固相微萃取儀外的測試裝置并立刻置于恒溫環(huán)境中；
[0011] 2)用GC-MS對多個固相微萃取儀（SPME)進(jìn)行老化，直至殘留量低于GC-MS的定量 限；
[0012] 3)裝置密閉一段時間后，將老化好的多個SPME同時扎入實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)，再將萃取頭伸 出針管使萃取頭涂層完全暴露于實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)空氣中，進(jìn)行吸附取樣；
[0013] 4)經(jīng)過設(shè)定的采樣結(jié)束后，從裝置中取出2個SPME，首先用溶劑清洗SPME的不銹 鋼管外壁，以防外壁上吸附的DEHP對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，再用GC-MS分析該兩個SPME的萃 取頭中DEHP的吸附量；
[0014] 5)重復(fù)步驟4);以此類推，再完成3次取樣；
[0015] 6)對步驟4)和5)測得的不同采樣時間內(nèi)SPME萃取頭涂層中SVOC的吸附量根據(jù) 不同情形進(jìn)行初步分析，得到測試結(jié)果；
[0016] 7)對步驟6)得到的測試結(jié)果進(jìn)行過原點(diǎn)的線性擬合，得到材料中SVOC的散發(fā)特 性參數(shù)。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是，1)采用密閉實(shí)驗(yàn)艙，無需耗費(fèi)大量的潔凈空氣，可降低實(shí)驗(yàn) 成本，且可避免測量氣流流量所引入的誤差；2)采用SPME檢測SVOC濃度，無需采樣泵、采 樣管路等額外設(shè)備，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)操作都得到大大簡化；3)實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)SVOC濃度達(dá)到穩(wěn) 定的時間僅需2小時左右，遠(yuǎn)低于已有裝置的2天以上，可大大縮短測試時間；4)圓環(huán)半徑 大、厚度小，從而SV0C材料的散發(fā)面積遠(yuǎn)大于圓環(huán)內(nèi)壁的吸附面積，使圓環(huán)內(nèi)壁對SV0C的 吸附作用可被忽略；5)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可多次重復(fù)利用。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明使用的固相微萃取儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明的一種快速測定材料中SV0C散發(fā)特性參數(shù)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021] 本發(fā)明提出的快速測定材料中SV0C散發(fā)特性參數(shù)的裝置實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，如 圖2所示。整個裝置為扁平狀圓柱體。該裝置包括圓環(huán)6,位于整個裝置的中央，直徑大而 厚度?。ㄍ鈴?2cm，內(nèi)徑40cm，厚度2cm)，可為表面光滑度較高、不含SV0C且對SV0C吸附 能力較低的材料，如不銹鋼、玻璃、玻璃纖維等；兩塊待測源散發(fā)材料7,被切成直徑42cm的 圓形，可為含不同SV0C的各類室內(nèi)材料（但須為平板狀，其他形狀不適用于本裝置），如含 增塑劑的乙烯基地板、墻紙等，共兩塊，各置于圓環(huán)的一側(cè)；固定板8 (直徑42cm)，共兩塊， 由水平度較高的材料制成（例如不銹鋼、玻璃纖維等），兩塊待測源材料的外側(cè)各放置一塊 固定板，在固定板外側(cè)施加壓力，使裝置的各部分緊密相連，并在圓環(huán)內(nèi)部的空腔形成相對 封閉的實(shí)驗(yàn)艙，阻隔外界氣流對實(shí)驗(yàn)艙中空氣的影響；多個固相微萃取儀9(實(shí)施例中有8 個），用于檢測實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)SV0C濃度。圓環(huán)的周壁距離上下表面等高處均勻開有數(shù)個小孔（實(shí) 施例中開有8個），小孔連通圓環(huán)的內(nèi)外表面，直徑略大于SPME的不銹鋼針管，以確保SPME 的不銹鋼針管能從小孔扎入實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)，且能阻隔外界氣流對實(shí)驗(yàn)艙中空氣的影響。
[0022] 本實(shí)施例所用的固相微萃取儀SPME的萃取頭選用聚二甲基硅氧烷 (Polydimethylsiloxane，PDMS)作為涂層。如圖1所示，本實(shí)施例選用的SPME萃取頭固定 相萃取涂層為7 ym的PDMS，萃取頭熔融石英纖維長度lcm，直徑110 ym ;SPME不銹鋼內(nèi)芯 2的直徑300 y m ;不銹鋼針管3的直徑600 y m，密封墊5 (直徑約為2. 6_)至不銹鋼針管3 末端的長度約為5. 7cm。因此，當(dāng)SPME的不銹鋼針管完全扎入實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)（即密封墊3完全 挨著圓環(huán)6的外壁）時，SPME的萃取頭與圓環(huán)6內(nèi)壁的距離大于2cm，能夠保證整個萃取頭 暴露于SV0C濃度為 y(l的空氣中。圓環(huán)6側(cè)壁上開的小孔的直徑應(yīng)大于600 y m，但不宜太 大（應(yīng)小于密封墊9的直徑），本實(shí)施例中小孔的直徑為1_。
[0023] 本發(fā)明裝置的工作過程為：本裝置組裝完后，被置于恒溫環(huán)境中，保證整個測試過 程的溫度一致。本裝置可以使SV0C在不受外界氣流條件干擾的情況下由材料表面散發(fā)出 來，并在實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)自由擴(kuò)散。SV0C從散發(fā)源表面散發(fā)后，在圓環(huán)6內(nèi)部的空氣中自由擴(kuò)散。 當(dāng)圓環(huán)6的內(nèi)壁SV0C吸附作用可忽略時（由于吸附面積遠(yuǎn)小于散發(fā)面積），經(jīng)過一段時間 后（大約2小時），除了靠近圓環(huán)的內(nèi)表面處（距離內(nèi)表面2cm以內(nèi)），實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)大部分空氣 中SV0C的濃度將保持恒定，且等于 y(l。測定時，將SPME由圓環(huán)側(cè)壁的小孔扎入實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)， 并將SPME萃取頭伸出SPME的不銹鋼針管，使萃取頭完全暴露于實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)空氣中，空氣中的 SV0C會吸附于SPME萃取頭涂層中。經(jīng)過設(shè)定的一段時間后，將萃取頭縮回SPME不銹鋼針 管中，再取出SPME，馬上將針管插入氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS)進(jìn)樣口中，再把