徐 微 / 上海市质量监督检验技术研究院

0 引言

随着环境污染日趋严重，人们对自身健康安全的重视度及对空气质量的关注度不断提高，相关的装修或家具问题常常曝光于电视及各大报刊等媒体，引起社会广泛关注。现今装修方面投诉主要集中在消费者大都表示已购买绿色环保装修材料及检验合格的家具，但经检测居住环境的空气质量仍会出现不合格情况，并且不合格指标中又以总挥发性有机化合物（TVOC）居多。消费者大都怀疑是木家具问题，事实上我国对家具中有害物质的监测确有不足。现家具标准中仅对甲醛这一有害物质作了限量规定，其余有害物质均无限量规定。而在室内环境污染控制相关标准中除了甲醛，还对TVOC、苯等有害物质也作了限量规定，这就不难解释为什么超标指标以TVOC居多。

根据分析，现行家具相关标准中虽然对甲醛作了限量规定，但其检测方法是通过评价家具中使用人造板材甲醛释放量是否符合板材标准来评价家具产品质量，并未考虑整体家具总体甲醛释放量对居住环境的影响。并且该方法是破坏性检测，会造成不必要的浪费，企业或消费者承担的风险较大。对于木家具中挥发性有机化合物（VOC）释放量的检测暂无国家标准检测方法，但这一检测方法的研究正在不断探索中，其中环境舱法测试木家具中挥发性有机化合物是较为行之有效的方法。

1 环境舱法测试挥发性有机化合物

木家具不同于单一材料，它是由多种原辅材料采用不同工艺制造的终端产品，用材具有广泛性和不确定性。它的VOC释放机理较单纯的板材复杂，因此不能以材料有害气体释放总量来表示家具成品的有害气体释放量。环境舱法采样收集各种材料及制品中挥发性有机物释放量，是目前国际上通用的检测方法。采用环境舱来模拟各种产品特定的使用环境，运行一定时间后，采集一定量的气候舱中的气体，通过适合的化学分析方法来检测分析所采集气体VOC组份及含量，具有较高的准确度和实用性。

环境舱法之所以在家具检测中被大力研究，主要有三方面原因：其一、环境舱法是在不破坏木家具原有结构的基础上所作的无损检测试验，较少浪费，降低企业与消费者的成本。其二、环境舱的试验条件能模拟家具的日常使用情况，真实地反映木家具在其中所产生的效应。其三、该方法较萃取法、干燥器法等在试验过程上显得更为简单。

环境舱法在试验过程中主要有以下几个阶段：家具预处理、进舱试验、采集空气、化学分析、计算结果。在此就这几个阶段中较为关键的技术进行阐述。

1.1 预处理条件

经查，目前国内外尚无木家具VOC释放量的整体测试标准，在技术上参考4个标准（主要预处理条件见表1）。

ASTM 1333：2002标准适用于新生产的人造板，且送检人造板在运送过程中须以聚乙烯膜或废板子密封或同时采用两种方式包装。人造板作为家具主要材料，从人造板出厂、到家具企业采购、制造家具有一个周期，家具产品中的人造板甲醛已释放了一段时间，因此家具产品的预处理时间可以考虑适当缩短一些。

表1 国外环境舱法检测VOC释放量的预处理条件

对于正常生产的家具产品，7 d是业界认可的木器漆完全固化的时间周期。家具产品从工厂生产入库后再运输到检测机构至少2 d，再通过调质处理，检测时达到完全固化，即7 d以后，因此预处理时间可定在5 d。

在参照国外标准基础上，初步拟定木家具环境舱试验条件如下：

1）温度（23±2）℃，相对湿度（45±5）%；

2）空气交换率：1次/h；

3）空气速率：0.1～0.3 m/s；

4）时间：5 d（120 h）。

1.2 标准体积承载率

体积承载率是指室内家具外形轮廓体积与室内可交换空气体积的比值，能科学、真实地反映家具在合理使用状态下的VOC释放情况。相对于其他环境，使用者在卧室内摆放的家具密度较高，在卧室内休息的时间也最长，特别是睡觉时一般都是密闭门窗，室内新风量大大降低，此时木家具释放的VOC在卧室内集聚效应明显增加，空气质量较其他房间最差，可见卧室内家具VOC的释放量是最具代表性的。上海地区调查120家不同年龄层卧室内木家具体积承载率分布情况，如图1所示。

调查结果统计显示，在三种不同年龄层的卧室中，儿童房体积承载率平均值为0.08，最高值不高于0.12；中青年房体积承载率平均值为0.11，67.5%的房间低于0.12；中老年房体积承载率平均值为0.10，92.5%的房间低于0.12。出于对孩子和老人的保护，体积承载率控制在0.12以下是较为合理的。在研究中采用卧室内木家具体积承载率作为标准承载率，在此环境下家具检测合格，那么放在其他场合检测家具也是合格的。因此在验证时确定可采用0.12作为家具标准体积承载率进行试验。

以上调查不包括家具承载率特大或特小的房间，也仅涵盖上海地区，涉及全国范围需进一步调查。

考虑到实际测试中，如果小家具放入很大的舱内测试，由于设备灵敏度和化学分析方法检测保留的限制，很可能检测不出数据；大体积家具放到小舱内测试可能浓度很高超出检出限，不确定度增大导致数据失真[1]，因此应按体积承载率最接近0.12的原则选择合适的环境舱。随后在适用范围内通过调整换气率来实现同一环境舱内进行不同体积家具检测的目的。

图1 不同年龄层卧室内体积承载率调查

1.3 标准承载率下环境舱换气量

查国内标准GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》，GB 50019-2003 《采暖通风与空气调节设计规范》，得知室内环境及工业建筑最少应保证每人不小于30 m3/h的新风量，这个指标值是合理有效的。查GB 50096-1999《住宅设计规范》，规定普通住宅层高宜为2.8 m，卧室室内净高不应低于2.4 m。

通过对上海不同年龄层次卧室内家具承载率情况的调查，得到标准体积承载率为0.12。由调查结果也可得知一般单人卧室的面积为9～14 m2，取中间值12 m2作为标准模拟房间面积是较有代表性的。室内净高一般为2.5 m，得到卧室空间体积为30 m3。根据新风量每人最小值为30 m3/h，因此在这个标准模拟房间内，最小的换气量为30 m3/h，即换气率为1次/h。也就是说，每立方米空间内的最小换气量为1 m3/h。将此值作为环境舱的标准换气量，1次/h作为标准换气率。当不满足标准体积承载率时，调整换气率，使换气率（n）与承载率（a）的比值即单位空气流速(n/a)为1 m/h（固定值）。这样就可以较好地解决不同体积家具在同一环境舱内进行检测的问题。

由于n/a=标准换气率/标准体积承载率=1/0.12（a取样品实际体积承载率），因此，n=a/0.12。当体积承载率不满足标准承载率时，按该公式计算换气率，作为环境舱的换气率。

1.4 吸附率（回收率）试验

吸附率表征舱体对VOC的吸附性能，吸附性能强将严重影响检测数据的准确性。参照国际标准ISO 16000-9：2006 《室内空气 建筑产品和家具释放挥发性有机物的测定——释放试验舱法》，及GB18584-2001《室内装饰装修材料木家具中有害物质限量》，在温度（23±2）℃、相对湿度（45±5）%时，回收率要求大于80%，即环境舱的吸附率要求小于20%。

对于吸附率的验证，结合环境舱测试条件，利用微量注射泵提供稳定的VOC释放源，在此可采用甲苯或正十二烷进行吸附率试验。在环境舱不换气的情况下，将给定量的标准物质甲苯或正十二烷投放入气候舱内，计算出舱内甲苯或正十二烷的给定浓度，72 h后测定气候舱内甲苯/正十二烷实测浓度，计算平均吸附率。

1.5 背景浓度的确定

空载时环境舱内VOC背景浓度过高会严重污染样品，影响检测结果，因此需严格控制环境舱内背景浓度的限量。参考国际标准ISO 16000-9：2006，LY/T 1612-2004《甲醛释放量检测用1 m3气候箱》，国内标准GB 50325-2010《民用建筑工程室内环境污染控制规范》附录E中，环境舱背景浓度建议向国际标准靠拢，建议控制在VOC不超过20 μg/m3。从而提高我国家具质量，使其在国际市场上更具竞争力，巩固我国家具生产大国和出口大国的地位[2]。

1.6 热脱附/气相色谱-质谱联用分析法

测定空气中TVOC的测试方法比较成熟，目前常见的两种方法为热脱附/气相色谱分析法和热脱附/气相色谱-质谱联用分析法。挥发性有机化合物的测定通常利用含有Tenax TA吸附剂的吸附管采集一定体积含有样品释放出的挥发性有机化合物的混合气体，收集到的气体通过热解析后进入气相色谱（一质谱)分析测定，被吸附剂吸附的物质陆续解吸。由于样品完全解吸可能需要较长的时间，使最终的色谱峰变宽，降低了色谱的分辨力。为此热解吸后采用冷阱二次捕集，例如被测物脱附后进入-50℃的冷阱二次捕集，然后冷阱迅速升温，达到“闪蒸”的目的[3]。再进入配备有毛细管柱的气相色谱，经非极性色谱柱（极性指数小于10）进行分离。使用FID（质谱）检测器进行检测，可用质谱定性，峰高或峰面积定量。最后计算保留时间在正己烷和正十六烷之间（包括正己烷和正十六烷）的挥发性有机化合物的总和。冷阱吸附性很小，主要是靠冷冻起到对待测样品的阻留作用。这样既解决了待测组分从吸附管中解吸所需时间问题，又保证样品谱带较窄，可显著提高色谱分辨力和分析灵敏度。

国内室内空气中TVOC检测主要依据GB50325- 2010的标准要求，采用热脱附/气相色谱分析法。在数据验证过程中发现，由于气相色谱对物质定性的局限性，只能对特定VOC组分进行定性定量分析，其余均以甲苯计算的VOC量占到总量的80%以上，对检测结果的影响很大。为此选用热脱附/气相色谱-质谱联用分析法对木家具中VOC的释放量作检测。

1.6.1 采样条件

环境舱法测试木家具中VOC的检测，其采样基本可参考GB 50325-2010中的方法，其中采样时间可参考GB/T 18883-2002，以12 h后采样为宜，此时间更能真实地模拟消费者在卧室中生活的情况（一般晚上休息时间最长，基本在12 h左右）。

1.6.2 标准物质

标准物质的选择除参考GB 50325-2010中VOC的八组分[苯、甲苯、苯乙烯、乙苯、对（间）二甲苯、邻二甲苯、乙酸丁酯、正十一烷]外，建议应尽可能多地对其他物质进行定性定量，最好包括乙酸乙酯、环己烷、α-蒎烯、异丁醇、三甲苯、正己醛、萘、甲基萘、三氯乙烷等检出频率较高的化合物。

1.6.3 热脱附条件

根据试验验证推荐：采样管初始温度：40℃；聚焦管初始温度：-50℃；采样管脱附温度：280℃；采样管脱附时间：5 min；采样管脱附流量：60 mL/min；聚焦管脱附温度：280℃；聚焦管脱附时间：1 min；传输线温度：280℃。

1.6.4 气相色谱-质谱条件

毛细管色谱柱为Agilent 123-0162；360℃；60 m×320 μm×0.25 μm；由于目标组分比较多且沸点比较低，所以从40℃低温开始程序升温。在此基础上对升温速率进行测试发现，初温40℃，保持2 min，以6℃/min速率程序升温到150℃，然后以15℃/min速率程序升温到250℃，再以25℃/min速率程序升温到300℃，保持至所有组分流出；柱流量：1.2 mL/min；进样方式：分流，分流比：50∶1；离子源温度：230℃；接口温度：280℃；溶剂延迟时间：9 min。在此条件下，各目标化合物分离完全，响应和峰形达到最佳。

以上分析条件属试验验证推荐，实验室可根据自己实验设备的条件选择更适合的热脱附/气相色谱-质谱试验条件。

2 结语

我国虽然已颁布了人造板、胶黏剂、溶剂型木器涂料等家具生产原料的有害物限量标准[4,5,6]，但是针对整体家具有害物质限量的检测仍停滞在单一甲醛这一指标的控制上[7]。通过对国内外关于环境舱法测试木家具中挥发性有机化合物检测技术的研究，提出以上几点在环境舱法中的关键因素，希望能为GB 18584-2001等国家标准的制定提供些许技术上的支撑，使得该标准能够更完善、更以人为本。同时也期待我国家具标准制定部门能尽快出台相关标准，从国家层面根本解决现今装饰装修与环境质量间的矛盾问题。标准的出台不仅顺应全球绿色低碳环保策略，利于我国家具业的迅速发展，加速家具产品加工工艺的革新和新型材料的应用，更实际地满足广大消费者的健康安全需求。

[1]张晓杰, 古鸣, 姚晨岚, 等. 调整气候舱换气率测试木家具甲醛释放量的可行性研究[J].家具, 2012（1）：115-119.

[2]李光荣, 周玉成, 龙玲, 等. 木制品有机挥发物释放测试方法的研究[D].//中国林业科学研究院硕士论文.北京：中国学术期刊电子出版社, 2006.

[3]王立, 汪正范. 色谱分析样品处理[M]. 北京： 化学工业出版社,2006.

[4]全国人造板标准化技术委员会. GB-18580-2001[S]. 北京： 中国标准出版社, 2001.

[5]全国涂料和颜料标准化技术委员会. GB-18581-2009[S]. 北京： 中国标准出版社, 2009.

[6]全国胶粘剂标准化技术委员会. GB-18583-2008[S]. 北京： 中国标准出版社, 2008.

[7]全国家具标准化中心. GB-18584-2001[S]. 北京： 中国标准出版社,2001.

[8]中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50325-2010[S]. 北京： 中国计划出版社, 2010.

[9]国家环境保护总局和卫生部. GB/T 18883-2002[S]. 北京： 中国标准出版社, 2002.

[10]中国建筑技术研究院. GB 50096-1999[S]. 北京： 中国建筑工业出版社, 1999.

[11]中国有色工程设计研究总院. GB 50019-2003[S]. 北京： 中国计划出版社, 2003.

[12]全国人造板标准化技术委员会. LY/T 1612-2004[S]. 北京： 中国标准出版社, 2004.

[13]American Society for Testing Materials. ASTM E1333-96(2002)[S].Philadelphia, 2002.

[14]Business and Institutional Furniture Manufacturers Association.BIFMA M7.1-2005 [S]. Grand Rapids, 2005.

[15]European Committee for Standardization technical Committee. ISO 16000-9： 2006[S]. Switzerland, 2006.

[16]European Committee for Standardization. EN 717-1：2004[S].Switzerland, 2004.