一种快速测定材料中svoc散发特性参数的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于半挥发性有机物（SV0C)物理性质检测领域，特别涉及对SV0C散发特 性的测量装置及方法，用于测试材料中SV0C的散发特性参数。
【背景技术】
[0002] 室内空气品质显著影响人们的舒适、健康和工作效率，越来越受到人们的关注。近 几十年来，半挥发性有机物（英文缩写SV0C)被广泛用于各类室内复合化学材料及其制品， 例如塑料制品中的增塑剂邻苯二甲酸酯类化合物、建筑防火材料及电子产品中的阻燃剂多 溴联苯等。这些室内材料和制品会散发SV0C到室内空气中，导致室内空气质量恶化，危害 人体健康。研宄表明，SV0C人体暴露是引发内分泌激素失调、小儿哮喘、皮肤过敏、男性精 子活力下降、出生缺陷等疾病的重要原因。然而，目前对室内SV0C污染尚缺乏相关的控制 策略和治理手段。这是由于目前国际上对室内SV0C的源散发特性、传输特性和干预控制等 方面的研宄尚处于起步阶段。而作为室内SV0C传输特性和干预控制等的基础，SV0C源散 发特性的快速、准确测定又是重中之重。
[0003] 已有的研宄表明，室内材料的SV0C散发特性可用一个特性参数来表征，即材料表 面与空气交界面处空气侧的SV0C浓度。此特性参数通常表示为％，常用单位为yg/m 3。由 于SV0C在室内材料中的含量通常很高（大约占材料总质量的10% )，而SV0C的散发速率 极低，即使经过很长的时间，也只有极少量的SV0C脱离了源材料；以乙烯基地板中的增塑 剂邻苯二甲酸二（2-乙基）己酯（简称DEHP)的散发过程为例，即使经过一年的散发，也只 有0. 003%的DEHP脱离了乙烯基地板。因此，在相当长的时间内，若给定散发温度，y(l可视 作一个常数。如何快速、准确地测定也就成了测量材料SV0C散发特性的关键。
[0004] 现有测量％的装置通常是将含SV0C的材料放入一个用于测定挥发性有机物特性 的通风舱内，通以空气，在出口处用Tenax TA管监测SV0C浓度变化，Tenax TA管采样时需 要实验舱内空气以一定流量通过Tenax TA管，使气流中SV0C吸附于Tenax TA管中的吸附 剂，直至实验舱内SV0C浓度达到平衡；利用SV0C在实验舱内的散发模型对测得的浓度进行 拟合，从而求得。由于通风舱具有很大的内表面积，且SV0C易于被各种表面吸附，实验舱 内SV0C气相浓度达到平衡的时间通常为几个月甚至更长。通过优化实验舱结构，使实验舱 内SV0C材料的散发面积最大化而实验舱内壁吸附面积最小化，可使SV0C气相浓度达到平 衡的时间缩短至2~5天，从而极大缩短测定时间。然而，这类通风舱方法，需要耗费大量 的洁净空气，实验成本高；需要配置供气管路、气体流量计、采样管路、采样泵等额外设施， 实验系统及实验操作都较为复杂；此外，平衡浓度、对流传质系数h m和实验舱通 风量Q的函数，而hm只能通过经验公式进行估算，一定程度上降低了 ytl结果的准确性。概 而言之，目前尚缺乏一种能快速、准确测定SV0C材料散发特性参数％的装置和方法。
[0005] 固相微萃取仪（SPME)发展于上世纪90年代初，由于其无需溶剂、采样量小、结构 简单、操作方便等优点，目前已广泛用于固态、液态、气态有机物浓度测定中。SPME的结构 示意图，如图1所示。SPME类似于注射器，该装置包括一个萃取头1、一根不锈钢内芯2、一 根不锈钢针管3、一个旋转头4及一个密封垫5。萃取头是一根涂有固定相萃取涂层的熔融 石英纤维，石英纤维一端连接不锈钢内芯，不锈钢内芯外套不锈钢针管以保护石英纤维不 被折断。不锈钢内芯从针管的另一头伸出，并连接一旋转头（用于与自动进样器连接），通 过推拉旋转头可使萃取头在针管中伸缩。SPME的基本原理是将样品中的目标物吸附到萃取 头的涂层中，然后通过解吸附分析目标物的吸附量。与Tenax TA管相比，SPME的优势在于 结构简单、操作方便，且无需通以恒定气流即可实现对SVOC浓度的测定。然而，目前鲜有用 SPME测定气相SVOC浓度的实例。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了克服现有装置的不足之处，提出一种快速测定材料中SVOC 散发特性参数的装置及方法。本装置采用密闭舱结构，无需测量气体流量，结构简单，操作 方便，本方法为测定不同材料的SVOC散发特性参数％提供了稳定可调的条件；实验时间大 大缩短，且实验舱内SVOC平衡浓度即为％，具有较高的准确性。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008] -种快速测定材料中SVOC散发特性参数的装置，其特征在于，该装置包括两个固 定板、两块完全相同的含SVOC的材料、一个圆环和n个固相微萃取仪四种部件，n为2的倍 数；所述圆环放置在两块材料中间，两个固定板分别放置在两块材料的另一侧，各部件相互 紧密相连，整体结构上下对称呈扁平状；所述圆环将两块材料隔开，并在圆环内部营造密闭 静止的圆柱形实验舱；圆环的厚度与内径之比〈0. 05,以确保散发源的散发面积与圆环内 壁的表面积之比>10 ;圆环的侧壁距离上下表面等高处开有n个小孔，固相微萃取仪由小孔 扎入实验舱，实现对实验舱内SVOC浓度的测量。
[0009] -种采用如上述装置的快速测定材料中SVOC散发特性参数的方法，其特征在于， 该方法包括以下步骤：
[0010] 1)用溶剂将圆环的内壁及小孔清洗几遍，以去除其吸附的SV0C，在干净空气中晾 干后，组装好除固相微萃取仪外的测试装置并立刻置于恒温环境中；
[0011] 2)用GC-MS对多个固相微萃取仪（SPME)进行老化，直至残留量低于GC-MS的定量 限；
[0012] 3)装置密闭一段时间后，将老化好的多个SPME同时扎入实验舱内，再将萃取头伸 出针管使萃取头涂层完全暴露于实验舱内空气中，进行吸附取样；
[0013] 4)经过设定的采样结束后，从装置中取出2个SPME，首先用溶剂清洗SPME的不锈 钢管外壁，以防外壁上吸附的DEHP对实验结果造成影响，再用GC-MS分析该两个SPME的萃 取头中DEHP的吸附量；
[0014] 5)重复步骤4);以此类推，再完成3次取样；
[0015] 6)对步骤4)和5)测得的不同采样时间内SPME萃取头涂层中SVOC的吸附量根据 不同情形进行初步分析，得到测试结果；
[0016] 7)对步骤6)得到的测试结果进行过原点的线性拟合，得到材料中SVOC的散发特 性参数。
[0017] 本发明的有益效果是，1)采用密闭实验舱，无需耗费大量的洁净空气，可降低实验 成本，且可避免测量气流流量所引入的误差；2)采用SPME检测SVOC浓度，无需采样泵、采 样管路等额外设备，实验系统及实验操作都得到大大简化；3)实验舱内SVOC浓度达到稳 定的时间仅需2小时左右，远低于已有装置的2天以上，可大大缩短测试时间；4)圆环半径 大、厚度小，从而SV0C材料的散发面积远大于圆环内壁的吸附面积，使圆环内壁对SV0C的 吸附作用可被忽略；5)结构简单，操作方便，可多次重复利用。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明使用的固相微萃取仪的结构示意图；
[0019] 图2为本发明的一种快速测定材料中SV0C散发特性参数的装置结构示意图；
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0021] 本发明提出的快速测定材料中SV0C散发特性参数的装置实施例结构示意图，如 图2所示。整个装置为扁平状圆柱体。该装置包括圆环6,位于整个装置的中央，直径大而 厚度小（外径42cm，内径40cm，厚度2cm)，可为表面光滑度较高、不含SV0C且对SV0C吸附 能力较低的材料，如不锈钢、玻璃、玻璃纤维等；两块待测源散发材料7,被切成直径42cm的 圆形，可为含不同SV0C的各类室内材料（但须为平板状，其他形状不适用于本装置），如含 增塑剂的乙烯基地板、墙纸等，共两块，各置于圆环的一侧；固定板8 (直径42cm)，共两块， 由水平度较高的材料制成（例如不锈钢、玻璃纤维等），两块待测源材料的外侧各放置一块 固定板，在固定板外侧施加压力，使装置的各部分紧密相连，并在圆环内部的空腔形成相对 封闭的实验舱，阻隔外界气流对实验舱中空气的影响；多个固相微萃取仪9(实施例中有8 个），用于检测实验舱内SV0C浓度。圆环的周壁距离上下表面等高处均匀开有数个小孔（实 施例中开有8个），小孔连通圆环的内外表面，直径略大于SPME的不锈钢针管，以确保SPME 的不锈钢针管能从小孔扎入实验舱内，且能阻隔外界气流对实验舱中空气的影响。
[0022] 本实施例所用的固相微萃取仪SPME的萃取头选用聚二甲基硅氧烷 (Polydimethylsiloxane，PDMS)作为涂层。如图1所示，本实施例选用的SPME萃取头固定 相萃取涂层为7 ym的PDMS，萃取头熔融石英纤维长度lcm，直径110 ym ;SPME不锈钢内芯 2的直径300 y m ;不锈钢针管3的直径600 y m，密封垫5 (直径约为2. 6_)至不锈钢针管3 末端的长度约为5. 7cm。因此，当SPME的不锈钢针管完全扎入实验舱内（即密封垫3完全 挨着圆环6的外壁）时，SPME的萃取头与圆环6内壁的距离大于2cm，能够保证整个萃取头 暴露于SV0C浓度为 y(l的空气中。圆环6侧壁上开的小孔的直径应大于600 y m，但不宜太 大（应小于密封垫9的直径），本实施例中小孔的直径为1_。
[0023] 本发明装置的工作过程为：本装置组装完后，被置于恒温环境中，保证整个测试过 程的温度一致。本装置可以使SV0C在不受外界气流条件干扰的情况下由材料表面散发出 来，并在实验舱内自由扩散。SV0C从散发源表面散发后，在圆环6内部的空气中自由扩散。 当圆环6的内壁SV0C吸附作用可忽略时（由于吸附面积远小于散发面积），经过一段时间 后（大约2小时），除了靠近圆环的内表面处（距离内表面2cm以内），实验舱内大部分空气 中SV0C的浓度将保持恒定，且等于 y(l。测定时，将SPME由圆环侧壁的小孔扎入实验舱内， 并将SPME萃取头伸出SPME的不锈钢针管，使萃取头完全暴露于实验舱内空气中，空气中的 SV0C会吸附于SPME萃取头涂层中。经过设定的一段时间后，将萃取头缩回SPME不锈钢针 管中，再取出SPME，马上将针管插入气相色谱质谱联用仪（GC-MS)进样口中，再把