隨著國內(nèi)外車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）控制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的陸續(xù)發(fā)布，對汽車內(nèi)空氣質(zhì)量的關(guān)注已經(jīng)成為全社會的一個熱點。汽車工業(yè)作為塑料應(yīng)用的一個重要巿場，因而VOC也是車用塑料供應(yīng)商關(guān)注的熱點。本文介紹針對VOC濃度分析簡單易行的靜態(tài)頂空法檢測技術(shù)，以及在車內(nèi)VOC檢測的具體應(yīng)用。
靜態(tài)頂空法—?dú)庀嗌V（HS-GC）是一項對揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）濃度分析的技術(shù)手段。該方法易于操作，能滿足大部分應(yīng)用對靈敏度的要求。
近幾年HS-GC的使用增長很快，在許多分析領(lǐng)域已成為全球認(rèn)可的方法，例如用于檢測血液中的酒精濃度，藥物制品中的殘余溶劑，工業(yè)聚合物、顏料、塑料、建筑材料中的殘余單體含量，食品中的香料，香水和化妝品中的香精等方面的分析。
血液、塑料和化妝品這類樣品成分非常復(fù)雜，既含有不易揮發(fā)的大分子物質(zhì)，也含有易揮發(fā)的小分子化合物。直接從恒溫后的樣品瓶中采集頂空的揮發(fā)性樣品，這種靜態(tài)頂空進(jìn)樣法是分析揮發(fā)性有機(jī)化合物時的首選方法。
在許多案例中，揮發(fā)至塑料、燃料、油或藥品上方空氣中某種有機(jī)化合物的濃度，能夠提供有關(guān)這些固體和液體內(nèi)部變化的非常準(zhǔn)確的信息。例如，藥品劑型會揮發(fā)出殘余溶劑，任何溶劑都會有特定的蒸汽壓，蒸汽壓的變化將會反映固體藥品上方空氣中化學(xué)成分的變化。
塑料中的揮發(fā)性有機(jī)物
新塑料在高溫環(huán)境中非常容易散發(fā)出剩余單體和塑化劑這些揮發(fā)性物質(zhì)，有些甚至在室溫中也如此，典型的如常被用做汽車儀表盤、地毯、建材（PVC或聚丙烯管材）和飲料桶等的塑料物質(zhì)（聚丙烯、聚氯乙烯或聚乙烯和鄰苯二甲酸酯的共聚物）。
隨著人們在揮發(fā)性有機(jī)化合物對環(huán)境污染和人體健康影響方面認(rèn)識的提高，歐盟對塑料產(chǎn)品的揮發(fā)性物質(zhì)提出了更嚴(yán)格的要求。歐盟指令89/106/EE6中寫道：“健康的室內(nèi)環(huán)境可以通過控制來源，消除或限制污染排放來實現(xiàn)。”
符合歐盟建筑室內(nèi)空氣舒適法規(guī)的例子之一是歐陸（Eurofins）集團(tuán)適用于消費(fèi)類產(chǎn)品的REACH產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了較低VOC檢測限。
無論在何種情況下，歐盟的塑料產(chǎn)品制造商必須滿足REACH法規(guī)（注冊、評估、批準(zhǔn)和化學(xué)品限制），以證明制造過程中所使用的化學(xué)品對健康和環(huán)境不會造成傷害。
與此相反，美國環(huán)保署（EPA）盡管也強(qiáng)調(diào)家具、建材和地毯中VOCs的危害性，但僅僅對甲醛含量做出了嚴(yán)格限制。在美國，有關(guān)單一VOCs的標(biāo)準(zhǔn)建立在工業(yè)或制造領(lǐng)域已發(fā)現(xiàn)的含量基礎(chǔ)上。由于對于非工業(yè)室內(nèi)環(huán)境，例如車內(nèi)，幾乎沒有管轄權(quán)，美國聯(lián)邦政府并沒有針對痕量VOC含量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，VOCs對健康的影響僅屬于復(fù)雜的流行病學(xué)范疇。
加州是個例外，在加州65提案中嚴(yán)肅提及了VOCs的問題，而且加州空氣資源委員會（CARB）規(guī)程中嚴(yán)格規(guī)定了包含汽車和建筑在內(nèi)的消費(fèi)類產(chǎn)品中的VOCs含量。
健康問題
塑料中釋放出來的單體、降解產(chǎn)物或增塑劑，長期以來被認(rèn)為是造成許多健康問題的潛在原因。
例如，廣泛用于汽車內(nèi)飾的乙烯基塑料，當(dāng)處在高溫或潮濕環(huán)境中時會釋放揮發(fā)性有機(jī)化合物，從而引起“室內(nèi)環(huán)境綜合癥”。若人體長時間吸入或皮膚接觸這些化合物，會引起一系列癥狀，例如眼睛、鼻子和喉嚨感覺刺激、視力模糊、頭昏、關(guān)節(jié)疼痛、疲勞、惡心、胸口痛，有些甚至?xí)鹦穆墒С！?
“化學(xué)物質(zhì)過敏癥”如今是個廣受關(guān)注和爭議的健康相關(guān)話題。人們相信長時間持續(xù)暴露在低水平的VOCs中亦會導(dǎo)致“化學(xué)物質(zhì)過敏癥”發(fā)病率的上升。
之所以會引起爭議，則是因為在實驗條件下該癥狀很難重現(xiàn)，某些研究人員甚至開始懷疑是否有這種過敏癥存在。然而，的確有很多人受到這種即刻發(fā)作的過敏癥的折磨，并且病情會持續(xù)發(fā)展。
頂空分析與GC-MS
頂空分析與氣質(zhì)（GC-MS）聯(lián)用，是一種非常有效的整體分析手段，它可以簡便迅速的對原材料和塑料成品的VOCs進(jìn)行分析。
在簡單進(jìn)行樣品制備后（有些樣品甚至不需制樣），樣品被密封在瓶中，然后在不同的溫度下加熱，通過頂空采樣，我們將得到不同溫度下釋放的有機(jī)物，最后通過MS的單離子檢測模式或全掃描模式來測定。該方法特別適宜于工廠中大批量產(chǎn)品的質(zhì)控檢測。
使用布魯克SHS-40自動頂空進(jìn)樣器與SCION單四極桿質(zhì)譜（SQMS）聯(lián)用，我們在獲得全范圍的定量數(shù)據(jù)的同時，還能在NIST等譜庫內(nèi)檢索對化合物進(jìn)行初步定性。這通過實時監(jiān)測，使用系統(tǒng)一體化的譜庫搜索軟件直接對材料中頂空物質(zhì)譜圖與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中的譜圖進(jìn)行比較實現(xiàn)。
車用塑料
汽車內(nèi)部許多部件都使用塑料材料，因此制造商有責(zé)任保證用戶不會受到有害物質(zhì)的侵襲，特別是在很少通風(fēng)或根本不通風(fēng)的情況下，材料被暴曬或加熱時，例如：汽車的保險杠常常直曬曝露在高溫下，如果通風(fēng)情況不好，將釋放出大量的有機(jī)物。
某歐洲委員會在2009年就如何管理使用過的汽車進(jìn)行的研究指出：車內(nèi)空氣中的VOC含量常常超標(biāo)，有時苯含量會達(dá)到149.1μg/m3以上；而在夏天，當(dāng)車內(nèi)氣溫升至70℃時，總體VOC含量甚至?xí)?0%。
這些情況下，頂空GC-MS是一種非常有效的方法，它能迅速定性定量出各種溫度條件下的VOC釋放情況。
科學(xué)家在最新一項關(guān)于汽車塑料部件的頂空GC-MS研究中使用了車用聚丙烯材料作為樣品。他們將聚丙烯切成標(biāo)準(zhǔn)大小的小塊，放入一系列20ml的頂空瓶中，每個瓶中大致放0.5-1g。樣品被置于不同的溫度條件下，然后用單四極桿GC-MS進(jìn)行全掃描，得到樣品的指紋譜圖顯示低水平揮發(fā)性有機(jī)物的存在。
該實驗的設(shè)計目的是為了確定在溫度壓力下，樣品是否會產(chǎn)生足以引起重視的VOC。
而汽車塑料部件樣品最終揮發(fā)出了20種對人體有潛在危害的碳?xì)浠衔铩８鶕?jù)REACH規(guī)定，這些都必須被分析并且記錄在案。
如何減少VOC的危害
我們可以通過一種叫做“烘焙”的方法來減少汽車內(nèi)聚合物中VOC的排放，適宜的產(chǎn)品包括低密度聚乙烯、聚丙烯和一些最新的生物聚合物材料，例如聚乳酸（PLA）和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)。該方法是將汽車塑料部件放置在設(shè)定的溫度環(huán)境中一段時間，經(jīng)過一系列溫度變化，其中的VOC將基本完全揮發(fā)并被處理，該部件不再釋放任何有害化學(xué)物質(zhì)。整個過程可以用HSGC-MS進(jìn)行監(jiān)控。
結(jié)論
顯然，現(xiàn)代材料經(jīng)常會面臨VOC的問題，這些揮發(fā)性物質(zhì)對人類健康的影響逐漸被人們認(rèn)識。制造商和研究人員都需要重視和考慮VOCs的含量問題。頂空GC-MS法是檢測該類指標(biāo)的良好工具，我們可以使用它來確保產(chǎn)品滿足法規(guī)要求，以利將來的更好發(fā)展。
通過頂空GC-MS法，研究人員可獲得塑料部件在不同溫度散發(fā)出來的低水平揮發(fā)性有機(jī)物的相當(dāng)全面的定性定量信息。總離子流圖（TICs）可用來獲得單獨(dú)某一種塑料材料的指紋譜圖，這些指紋譜圖被用于質(zhì)檢中，可控制揮發(fā)性有機(jī)物的排放量，以及發(fā)現(xiàn)是否有其他物質(zhì)混雜在內(nèi)。
SHS-40和SCIONGC-MS聯(lián)用，然后通過NIST等提供的質(zhì)譜譜庫進(jìn)行檢索，是相當(dāng)靈活方便的揮發(fā)性有機(jī)物定性定量工具。