車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)的在線質(zhì)譜技術(shù)研究

趙紹偉 周昭露 譚國(guó)斌

摘 要：文章介紹了在線質(zhì)譜技術(shù)的原理和在線質(zhì)譜儀的特點(diǎn)，初步研究了在線質(zhì)譜技術(shù)在車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)方面的應(yīng)用，分析對(duì)比了在線技術(shù)和離線技術(shù)應(yīng)用在空氣質(zhì)量檢測(cè)優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，展望了快速線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：在線質(zhì)譜技術(shù);車內(nèi)空氣質(zhì)量

中圖分類號(hào)：O657.63 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）09-124-03

Study On The Application Of On-line Mass Spectrometry In VehicleAir Quality Detection

Zhao Shaowei¹， Zhou Zhaolu¹， Tan Guobin²

（ 1.Chongqing vehicle inspection and Research Institute Co.， Ltd.， National Coach Quality Supervision &Inspection Center， Chongqing 401122; 2.Guangzhou Hexin Instrument Co. Ltd.， Guangdong Guangzhou 510530）

Abstract：?The principle of on-line mass spectrometry and the characteristics of on-line Mass Spectrometer are introduced; The application of on-line mass spectrometry in vehicle air quality detection was studied; The advantages and disadvantages of on-line tech nology and off-line technology in air quality detection are analyzed and compared; The prospect of rapid line detection technology is prospected.

Keywords：?On-line Mass Spectrometry;?In Vehicle Air Quality

CLC NO.： O657.63 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）09-124-03

前言

車內(nèi)空氣污染具有空間小、異味大、濃度高、污染嚴(yán)重、污染物復(fù)雜、不易散發(fā)以及散發(fā)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。車內(nèi)污染的來源包括：裝飾材料釋放的揮發(fā)性有機(jī)氣體^[1]，包括甲醛、苯、二甲苯等，其濃度隨溫度的升高會(huì)急劇增加;汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的CO、氮氧化合物、硫化物等，以及車外的顆粒物等通過縫隙進(jìn)入車內(nèi);另外還有人體自身產(chǎn)生的污染，主要包括呼吸產(chǎn)生的CO₂、吸煙產(chǎn)生的煙霧等。汽車內(nèi)各種有毒有害氣體會(huì)導(dǎo)致駕乘者頭暈、惡心、壓抑煩躁、注意力無法集中，既危害駕乘者的健康，而且會(huì)引發(fā)交通安全事故。

目前車內(nèi)空氣環(huán)境常用的采樣和檢測(cè)方法均是基于離線檢測(cè)技術(shù)^[1-3]，這種方法雖然準(zhǔn)確度高，但卻不得不以犧牲其他特性為代價(jià)，比如操作過程復(fù)雜，檢測(cè)周期過長(zhǎng)，且樣品在儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)過程中容易發(fā)生損失，容易造成檢測(cè)結(jié)果偏差，缺乏時(shí)效性，因此發(fā)展快速的車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)，由汽車制造廠家作為產(chǎn)品線自我監(jiān)控的監(jiān)測(cè)手段，有效的進(jìn)行自檢，可大大提高第三方檢測(cè)的通過率，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

1 在線質(zhì)譜技術(shù)

質(zhì)譜分析技術(shù)是以電子轟擊或其它的方式使被測(cè)物質(zhì)離子化，形成各種質(zhì)荷比（m/z）的離子。利用不同離子在磁場(chǎng)或電場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)軌跡不同，把離子按照質(zhì)荷比分開而得到質(zhì)譜，從而得到樣品的分析結(jié)果^[4]?；谶@個(gè)原理，在線質(zhì)譜儀的分析速度非常快，可達(dá)到ms級(jí)，因此特別適合快速反應(yīng)過程以及多位點(diǎn)的同時(shí)監(jiān)測(cè)。

目前應(yīng)用于在線檢測(cè)的便式攜或移動(dòng)式質(zhì)譜儀，有美國(guó)Inficon 公司的HAPSITE 便攜氣質(zhì)聯(lián)用儀;德國(guó)Bruker公司的MM1車載質(zhì)譜儀、MM2小型車載質(zhì)譜儀;此外，英國(guó)Kore 公司的MS-200飛行時(shí)間質(zhì)譜儀，以及美國(guó)普度大學(xué)研制的Mini10、Mini11微型式手持質(zhì)譜儀等都可以實(shí)現(xiàn)VOCs的在線檢測(cè)。此類儀器一般都采用膜進(jìn)樣與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種環(huán)境介質(zhì)（氣體、液體、固體）中揮發(fā)性有機(jī)物的檢測(cè)，以及生物、化學(xué)反應(yīng)過程和反應(yīng)機(jī)理研究，和現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)事故檢測(cè)、工業(yè)在線檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等諸多領(lǐng)域^[5-6]。

本次研究采用的揮發(fā)性有機(jī)物實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)質(zhì)譜儀（SPIMS-1000）是國(guó)內(nèi)多個(gè)研究單位共同研制開發(fā)，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的在線檢測(cè)揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）質(zhì)譜分析設(shè)備。該設(shè)備融合了樣品膜富集、光電離、飛行時(shí)間質(zhì)譜分析、高速數(shù)據(jù)采集以及高頻高壓電源等多個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)。儀器以實(shí)時(shí)、快速、在線的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)VOCs原位檢測(cè)，節(jié)省離線方法中對(duì)樣品采樣、存貯、運(yùn)輸?shù)倪^程。該儀器具有如下特點(diǎn)^[7]：（1）膜進(jìn)樣接口將VOCs富集;（2）基于紫外光單光子電離技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟電離;（3）實(shí)時(shí)在線檢測(cè)技術(shù)，對(duì)VOCs實(shí)現(xiàn)快速定性、定量檢測(cè);（4）無采樣損失;（5）強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力，每小時(shí)1 GB的有效信息;（6）機(jī)電穩(wěn)定性好，實(shí)現(xiàn)外場(chǎng)試驗(yàn)要求。

2 實(shí)驗(yàn)方法

測(cè)試車輛要求：M1類，座椅材質(zhì)為皮質(zhì);

A車：在用車，使用時(shí)間1年左右;

B車：新車，下線35天左右;

C車：在用車，使用時(shí)間1年左右;

D車：新車，下線35天左右。

車輛狀態(tài)：靜止，發(fā)動(dòng)機(jī)空調(diào)關(guān)閉狀態(tài)、車體密閉16h;

測(cè)試環(huán)境：溫度25℃?±1℃;相對(duì)濕度50%±10%;風(fēng)速≤0.3m/s;背景濃度甲苯≤0.02mg/m³，甲醛≤≤0.02mg/m³;

測(cè)試內(nèi)容：1）對(duì)三輛轎車A、B、C駕駛室座位處的氣體進(jìn)行對(duì)比檢測(cè);對(duì)A車內(nèi)不同空間位置的氣體進(jìn)行檢測(cè)。

儀器與試劑：

SPIMS-1000（廣州禾信儀器股份有限公司），DSG-1000自動(dòng)化配氣儀（廣州禾信儀器股份有限公司）。

苯、甲苯、二甲苯和氯苯標(biāo)準(zhǔn)混合氣體（廣州粵佳氣體有限公司產(chǎn)品，濃度均為5ppm）;99.999%高純氮?dú)猓◤V州粵佳氣體有限公司產(chǎn)品）;PAMS標(biāo)準(zhǔn)混合氣體（大連大特氣體有限公司產(chǎn)品，濃度為1ppm）。

3 結(jié)果與討論

圖1為利用SPIMS-1000對(duì)A、B、C車內(nèi)空氣VOCs的質(zhì)譜圖，從結(jié)果可以看出，三年受試車輛車內(nèi)空氣明顯檢測(cè)出苯（m/z 78）、甲苯（m/z 92）、二甲苯（m/z 106）、乙苯（m/z 106）、苯乙烯（m/z 104）、丙烯醛（m/z 56）、丙酮（m/z 58）等物質(zhì)。表1中列出了檢測(cè)物質(zhì)及標(biāo)準(zhǔn)限值。

此外，對(duì)A車內(nèi)不同空間部位的氣體進(jìn)行檢測(cè)，利用標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行定量。圖2為車內(nèi)檢測(cè)點(diǎn)示意圖。分別對(duì)駕駛員座位、副駕駛員座位、駕駛員后座、副駕駛員后座上，中，下共12個(gè)空間位置進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)點(diǎn)位檢測(cè)時(shí)約250s，12個(gè)點(diǎn)位共計(jì)約50min可檢測(cè)完畢，響應(yīng)時(shí)間快，實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)，苯、甲苯的濃度分布如表2所示。

4 結(jié)束語

利用在線質(zhì)譜技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)，可用于乘用車車內(nèi)VOCs的定性、定量分析，靈敏度高，響應(yīng)速度快，提供快速有效的檢測(cè)手段。通過定量結(jié)果可看出，三種品牌的汽車中各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均低于乘用車檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。這些有毒有害氣體大多數(shù)來源于座墊、內(nèi)飾材料、皮革等，長(zhǎng)期暴露對(duì)人體健康帶來很大的危害，因此對(duì)于新購(gòu)置的車輛，要經(jīng)常通風(fēng)、添加吸附材料進(jìn)行處理，較少其對(duì)人體的危害。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙紹偉.車內(nèi)空氣污染物的危害及其檢測(cè)方法的研究[J].客車技術(shù)與研究，2014，（6）：52-55.

[2] 張旭輝.健康呼喚標(biāo)準(zhǔn)一關(guān)注車內(nèi)環(huán)境污染[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2004， （7）：12-13.

[3] GB/T 28370-2012，長(zhǎng)途客車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)方法[s].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[4] 張艷.在線質(zhì)譜法快速檢測(cè)酒中5 種常見乙酯[J].食品科學(xué)，2016， 37（24）： 180-184.

[5] 李操，周亞飛，譚國(guó)斌，等.單光子電離質(zhì)譜法用于不同品牌真假酒的快速鑒別[J].分析化學(xué)，2013，41（9）：1359-1365. DOI：10.3724/sp.j. 1096.2013.30072.

[6] 謝園園，花磊，侯可勇，等.單光子電離質(zhì)譜法在線分析牙膏中的香精物質(zhì)[J].分析化學(xué)，2012，40（12）：1883-1889.DOI：10.3724/sp.j. 1096.2012.20542.

[7] 杜振輝，翟雅瓊，李金義，等.空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的光譜學(xué)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)[J].光譜學(xué)與光譜分析，2009，29（12）：3199-3203.