分離更智能 | 商用涂料中VOC含量分析：頂空-氣相（FID）法-公司動(dòng)態(tài)-珀金埃爾默企業(yè)管理（上海）有限公司

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分離更智能 | 商用涂料中VOC含量分析：頂空-氣相（FID）法

發(fā)布時(shí)間：2024/7/26

　　商用涂料中VOC含量分析

　　頂空-氣相(FID)法

　　制備涂料和油漆等CASE化學(xué)品(即使為水基涂料或油漆)時(shí)，顏料、粘合劑和添加劑溶解在載體溶劑中，該溶劑通常為揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)或水。這種溶劑的作用是降低混合物黏性，使其能夠輕松均勻地涂覆表面。一旦涂覆于表面上，VOC就會(huì)揮發(fā)，留下不揮發(fā)的涂料部分。涂料配方中會(huì)使用到多種VOC化合物，包括醇類、酮類和芳香烴類等。

　　由于VOC暴露對(duì)健康的負(fù)面影響，許多國家政府對(duì)釋放到大氣中的VOC進(jìn)行監(jiān)管1,2。例如，關(guān)于環(huán)境中VOC對(duì)健康影響的研究顯示，兒童會(huì)出現(xiàn)哮喘和呼吸道癥狀，并且船舶和家具涂料的職業(yè)油漆工患癌風(fēng)險(xiǎn)更高3,4。由于上述原因或其他原因，許多涂料生產(chǎn)商已經(jīng)開始使用水作為載體溶劑。然而，對(duì)于依賴VOC溶劑的涂料，強(qiáng)大的定量分析方法是計(jì)算排放、暴露、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和法規(guī)合規(guī)性的重要工具。

　　為了應(yīng)對(duì)這些潛在風(fēng)險(xiǎn)，許多國家和地區(qū)已針對(duì)涂料中的VOC含量制定了監(jiān)管限值或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。例如，美國環(huán)境保護(hù)署(USEPA)頒布了40 CFR第59部分：“消費(fèi)者及商業(yè)產(chǎn)品的揮發(fā)性有機(jī)化合物排放國家標(biāo)準(zhǔn)”，其中確定了許多含VOC的產(chǎn)品(包括涂料)的標(biāo)準(zhǔn)5。此外，歐盟指令2004/42/CE定義了因在某些涂料和清漆以及車輛修補(bǔ)漆面中使用有機(jī)溶劑而導(dǎo)致的揮發(fā)性有機(jī)化合物排放的限值6。

HS-GC-FID：商用涂料中VOC含量的分析

　　生產(chǎn)商通常使用ASTM國際標(biāo)準(zhǔn)D268-22，“涂料及相關(guān)涂層和材料用揮發(fā)性溶劑和化學(xué)中間體的取樣和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)指南”進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量控制分析7。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)涂料及相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)中使用的VOC的取樣和檢測(cè)提供了詳細(xì)的流程。

　　本應(yīng)用文獻(xiàn)使用配備火焰離子化檢測(cè)器(FID)和頂空自動(dòng)進(jìn)樣器(HS)的珀金埃爾默GC 2400™系統(tǒng)對(duì)商用涂料中VOC溶劑進(jìn)行定量分析。該系統(tǒng)中，頂空自動(dòng)進(jìn)樣器完全由珀金埃爾默SimplicityChrom™色譜工作站(CDS)軟件控制，集成到整個(gè)GC工作流程中。GC 2400平臺(tái)擁有分體式觸摸屏，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)，并提供出色的軟件界面，可在公司網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任何位置使用。

PART 01
· 實(shí) 驗(yàn) ·

　　本方法中使用的耗材、硬件和軟件將在以下各節(jié)中詳細(xì)介紹。

　　 材料與試劑

　　使用的耗材列于表1。

表1.耗材。

　　 硬件和軟件

　　采用配備FID檢測(cè)器和HS 2400頂空進(jìn)樣器的珀金埃爾默GC 2400系統(tǒng)對(duì)涂料中的溶劑進(jìn)行分析。根據(jù)《珀金埃爾默毛細(xì)管柱快速維護(hù)指南》中的推薦程序?qū)︾杲鸢柲珽lite-5色譜柱進(jìn)行老化。采用SimplicityChrom CDS軟件完成儀器控制和數(shù)據(jù)分析。

圖1.帶有HS 2400頂空進(jìn)樣器的珀金埃爾默GC 2400系統(tǒng)

PART 02
· 方法 ·

　　本方法中使用的儀器參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)品和空白樣品在以下各節(jié)中描述。

　　 儀器條件

　　本方法使用的HS-GC-FID條件如表2所示。

　　表2.儀器操作條件。

　　 標(biāo)準(zhǔn)品

　　甲醇、丙酮、甲基乙基酮(MEK)、乙酸丁酯、甲苯和對(duì)氯三氟甲苯(PCBTF)純標(biāo)準(zhǔn)品購自Millipore Sigma(Burlington , MA)。1,2-二氯苯稀釋劑也購自該供應(yīng)商。按照體積制備儲(chǔ)備標(biāo)準(zhǔn)品1：六種溶劑各占體積的10%，其余40%為稀釋劑。以1:1的體積/體積比進(jìn)行連續(xù)稀釋，制備剩余儲(chǔ)備標(biāo)準(zhǔn)品，直到制得總共8份儲(chǔ)備液。最后，使用每種化合物的標(biāo)準(zhǔn)密度將體積濃度轉(zhuǎn)換為μg/ml。

　　移取每種儲(chǔ)備液各5 μL，置于22 mL壓蓋式鉗口頂空瓶中。采用全蒸發(fā)技術(shù)，在頂空柱溫箱內(nèi)將每個(gè)小瓶加熱到每種分析物的沸點(diǎn)以上。這樣可以使用較小的樣品量，從而節(jié)約使用的樣品和溶劑，同時(shí)實(shí)現(xiàn)所需的準(zhǔn)確度水平。

　　 實(shí)際樣品和空白制備

　　從本地供應(yīng)商處采購市售涂料。使用1,2-二氯苯稀釋該樣品至10%體積百分比，共制備3份樣品。每份樣品取5 μL加入22 mL壓蓋式鉗口頂空瓶中。在標(biāo)準(zhǔn)樣品之后對(duì)實(shí)際樣品進(jìn)行測(cè)試，在濃度最高的標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)樣完成之后，在實(shí)際樣品進(jìn)樣前添加空白樣品，空白樣品為5 μL的1,2-二氯苯。

PART 03
· 結(jié)果和討論 ·

　　以下章節(jié)為標(biāo)準(zhǔn)品和樣品的結(jié)果。

　　 系統(tǒng)性能

　　所有六種溶劑的校準(zhǔn)結(jié)果如圖2所示。對(duì)于所有分析物，GC 2400系統(tǒng)和HS 2400頂空進(jìn)樣器均達(dá)到出色的線性，所有線性相關(guān)系數(shù)R2均達(dá)到或超過0.999。使用各相應(yīng)的回歸方程計(jì)算化合物濃度。

圖2.使用HS 2400頂空進(jìn)樣器和GC 2400系統(tǒng)分離目標(biāo)化合物。

　　 樣品結(jié)果

　　市售涂料樣品含有三種目標(biāo)分析物：丙酮、甲苯和乙酸丁酯。表3提供了樣品的三個(gè)平行樣結(jié)果。該方法實(shí)現(xiàn)了高水平精密度，每種分析物的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)小于2%。根據(jù)供應(yīng)商的產(chǎn)品規(guī)格表，甲苯重量占25-50%，乙酸丁酯重量占10%或以下。該方法獲得的數(shù)值與配方一致。供應(yīng)商沒有在其規(guī)格表中列出預(yù)期的丙酮濃度。

表3.涂料樣品的三個(gè)平行樣分析結(jié)果，顯示高分析精密度并符合供應(yīng)商規(guī)格。

*注：使用MSDS中涂料密度1.08g/ml計(jì)算質(zhì)量百分比含量。

　　梯度6的標(biāo)準(zhǔn)品的色譜圖如圖2A和2B所示，并隨附目標(biāo)化合物的插圖。對(duì)于Elite 5色譜柱上的所有化合物(包括分子量低的極性分析物)均獲得了出色的峰形。圖3為表3樣品的色譜圖，突出顯示了目標(biāo)化合物和非目標(biāo)峰。

圖3.市售涂料樣品的色譜圖。

本文結(jié)論

　　使用珀金埃爾默GC 2400系統(tǒng)，珀金埃爾默 Elite 5 30 mX0.25 mm ID X0.25 μm色譜柱和HS 2400頂空進(jìn)樣器，成功分析CASE化學(xué)品(如市售涂料)中的VOC。準(zhǔn)確定量了市售樣品中的目標(biāo)分析物。三個(gè)平行樣的結(jié)果證明，GC 2400系統(tǒng)達(dá)到了高水平精密度。得益于集成的工作流程，HS 2400頂空進(jìn)樣器與GC 2400系統(tǒng)可保持持續(xù)通信，根據(jù)GC獲得的反饋信號(hào)持續(xù)優(yōu)化載氣壓力數(shù)值。從而最終確保GC保留時(shí)間的精密度。高通量的頂空自動(dòng)進(jìn)樣器和GC-FID的配置是一種穩(wěn)健、可靠和精密的方法，可用于分析涂料中的溶劑。HS 2400頂空進(jìn)樣器擁有壓力平衡專利技術(shù)，可對(duì)涂料樣品進(jìn)行全蒸發(fā)檢測(cè)，因此在線性范圍內(nèi)具有高度穩(wěn)健性。采用較快的升溫速率(40°C/min)，突出顯示了GC 2400系統(tǒng)柱溫箱在最苛刻的方法條件下也具有出色的重復(fù)性。

　　此外，SimplicityChrom CDS軟件的數(shù)據(jù)采集和分析符合監(jiān)管數(shù)據(jù)要求的合規(guī)性，并提供多功能和各種訪問選項(xiàng)以及實(shí)用、可定制的用戶體驗(yàn)。分體式觸摸屏提供實(shí)時(shí)信息，功能強(qiáng)大且方便攜帶，可大大提高實(shí)驗(yàn)室工作效率。

　　參考文獻(xiàn)

　　1. United States Code of Federal Regulations，40：Chapter 1，Subchapter C, Part 51, Subpart F，51100.

　　2. European Union, Directive 2004/42/EC.

　　3. James H. Ware, John D. Spengler, Lucas M. Neas, Jonathan M. Samet, Gregory R. Wagner, David Coultas, Haluk Ozkaynak, Margo Schwab, Respiratory and Irritant Health Effects of Ambient Volatile Organic Compounds：The Kanawha County Health Study, American Journal of Epidemiology, Volume 137, Issue 12, 15 June 1993, Pages 1287-1301, https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.aje.

　　a116639

　　4. Ziwei Mo, Sihua Lu, Min Shao, Volatile organic compound (VOC) emissions and health risk assessment in paint and coatings industry in the Yangtze River Delta, China, Environmental Pollution, Volume 269, 2021, 115740, ISSN 0269-7491