空氣凈化器甲醛潔凈空氣量測試方法比較研究

楊威 藺勇智

無限極(中國)有限公司 廣東廣州 510663

1 引言

2016年3月正式實施的GB/T 18801-2015《空氣凈化器》[1]標準中對甲醛CADR檢測在原有的酚試劑分光光度法外，增加了即讀儀器法。隨著檢測技術的不斷進步，在線質譜法可以滿足檢測需求。

使用酚試劑分光光度法[2]測甲醛CADR時試驗準備周期較長，在配制吸收液、顯色液、采樣、樣品轉移及顯色等環節對操作要求較高，對試驗人員專業知識有較高要求，同時檢測艙內發生的甲醛污染物初始濃度監測控制不直觀，也不容易發現檢測過程中的異常現象。

在線質譜法具有操作簡單，數據響應及時，受人員操作影響小等優點，因此對在線質譜法和酚試劑分光光度法測凈化器甲醛CADR一致性評估有著重要的應用價值和現實意義。特別對于甲醛CADR大于400m3/h的空氣凈化器。

2 主要試驗設備及檢測要求

2.1 測試設備

酚試劑分光光度法的試驗設備包括：30立方米測試艙（含凈化、溫濕度控制單元）、紫外可見分光光度計（上海光譜SP-1920），大氣采樣器（Gilian IAQ-PROⅡ，采樣流速100～600mL/min），分析天平（舜宇恒平SOPTOP）和采樣氣泡管等。

在線質譜法的試驗設備為：30立方米測試艙（含凈化、溫濕度控制單元）、質子傳遞反應質譜（PTR-QMS 300）。

2.2 測試要求

測試采用30m3甲醛試驗艙，其內壁材料、氣密性、混合度、本底濃度等應符合GB/T 18801-2015標準要求，測試艙自然衰減穩定可控，測試時循環風機保持開啟，艙內溫度控制在(25±2)℃，相對濕度(50±5)% ，檢測全程試驗艙保持密閉，通過地面可升降導軌和手套箱實現被檢樣機開關及位置控制。

甲醛發生器方面則采用在檢測艙內加熱一定質量的多聚甲醛，經攪拌風扇混勻靜置后達到特定測試濃度，一般控制在(1.0±0.2)mg/m3。此外測試的要求還包括：

（1）紫外可見分光光度計需經過第三方校準、甲醛標線有效準確。

（2）質子傳遞反應質譜信號正常、甲醛標線有效準確。

（3）酚試劑、鹽酸、硫酸鐵銨、甲醛標液在有效期內。

（4）電子天平使用前需預熱30分鐘。

（5）大氣采樣器采樣前要對采樣系統（采樣器接入采樣管后）用皂膜流量計校準，顯示的流速值與真實流速值的差異控制在可接受的范圍內（5%）。

（6）分光光度計需定期檢定，在波長為630nm處測定吸光度。

（7）比色皿清洗，用洗液或1%～2%的去污劑浸泡，然后用自來水沖洗，使用一支綢布包裹的小棒或棉花球棒刷洗，效果會更好，清洗干凈的比色皿也應內外壁不掛水珠。

3 試驗原理和采用的方法

（1）酚試劑分光光度法原理

酚試劑分光光度法原理是甲醛被酚試劑溶液吸收，反應生成嗪，嗪在酸性溶液中被高鐵離子（硫酸鐵銨溶液）氧化形成藍綠色化合物，并制成系列標準甲醛溶液，用分光光度法經由最小二乘法得出回歸曲線的斜率，以此斜率的倒數作為樣品測定的計算因子Bs，計算樣品溶液中甲醛含量并推算其濃度。

（2）質子轉移反應質譜（PTR-MS）原理

PTR-MS采用的是軟電離技術，即利用母體離子與VOCs反應，把VOCs分子轉換成離子，產生的離子進入流動管末端的質譜進行檢測。

PTR超級軟離子化技術，沒有碎片峰，質譜圖更易于解析；具有測量響應時間短，靈敏度高，絕對量測量不需要定標，無需復雜的樣品前處理等優點。

兩種方法的優缺點如表1所示。

表1 兩種測試方法對比

表2 甲醛標準系列

表3 試驗數據

本次實驗室選擇了享優樂牌空氣凈化器（KJ550FQJ0401A）在30立方米測試艙內測試，測試過程嚴格按照GB/T 18801-2015版標準進行，同時用酚試劑分光光度法、質譜法采樣。

圖1 甲醛標準曲線（酚試劑分光光度法）

圖2 甲醛標準曲線（質譜法）

圖3 樣品1試驗曲線圖

圖4 樣品2試驗曲線圖

圖5 樣品3試驗曲線圖

表4 試驗數據

表5 樣品1酚試劑分光光度法測試數據

表6 樣品1質譜法測試數據

表7 樣品2酚試劑分光光度法測試數據

表8 樣品2質譜法測試數據

表9 樣品3酚試劑分光光度法測試數據

表10 樣品3質譜法測試數據

表11 樣品測試結果匯總

4 甲醛標準曲線繪制

4.1 酚試劑分光光度法甲醛標準曲線繪制步驟

（1）吸收原液：稱量0.25g的酚試劑（簡稱MBTH），加水定容至250mL，放入冰箱中保存，可穩定3天。

（2）吸收液：量取吸收原液25mL，加水定容至500mL，使用前配制。

（3）0.1mol/L鹽酸：量取4.2mL濃鹽酸溶解于去離子交換水中，定容至500mL。

（4）顯色液：硫酸鐵銨溶液（10g/L），準確稱取2.5g硫酸鐵銨，用0.1mol/L的鹽酸溶解，并稀釋定容至250mL。

（5）甲醛標準溶液[ρ（HCHO）=1μg/mL]配制：臨用時，取有標準物質證書的水中甲醛溶液標準物質10.00mL，用水稀釋成1.0mL含10ug甲醛標準儲備溶液，立即再取此溶液10.00mL，加入100mL容量瓶中，加入5.00mL吸收原液，用水定容至100mL，該溶液即為1ug/mL，放置30min后，用于配制標準色列管來繪制出標準曲線，此溶液可以穩定24h。

（6）繪制標準曲線

（a）配制甲醛溶液標準系列

取10mL具塞比色管，用甲醛標準溶液與吸收液按表2添加配置。

（b）打開可見分光光度計（紫外可見分光光度計操作指導書），設定波長630nm。各管中加入0.4mL硫酸鐵銨溶液，搖勻，放置15min，以純水做參比，用1cm比色皿，在630nm處，測定各管溶液的吸光度,通過多次重復實驗，根據表3數據制得標準曲線如圖1。

4.2 質譜法甲醛標準曲線繪制步驟

在30立方米測試艙內按照一定的梯度濃度投放多聚甲醛加熱裂解，同時用酚試劑分光光度法、質譜法測定測試艙內的甲醛濃度，通過多次重復實驗，根據表4數據制得標準曲線如圖2。

5 測試數據分析

5.1 試驗概述

在30立方米測試艙同時使用酚試劑分光光度法和質譜法測試享優樂牌空氣凈化器（KJ550F-QJ0401A）的甲醛CADR，3組濾網按照樣品1、樣品2、樣品3編號，測試艙內甲醛初始濃度和溫濕度基本一致，以x軸為時間，y軸為濃度制作曲線，甲醛自然衰減和總衰減的試驗曲線如圖3～圖5所示。樣品1酚試劑分光光度法、質譜法測試數據分別見表5、表6，樣品2酚試劑分光光度法、質譜法測試數據分別見表7、表8。樣品3酚試劑分光光度法、質譜法測試數據分別見表9、表10。

5.2 數據計算分析

上述三組樣品測試結果匯總見表11。

通過上述 3組樣品的檢測數據我們可以得出以下結論:

（1）質譜法與酚試劑分光光度法測試甲醛CADR偏差不超過2.5%，吻合度非常高。

（2）相同測試條件下，質譜法測試有效數據點明顯比酚試劑分光光度法交叉采樣的有效數據點要多，這對于甲醛CADR值高的空氣凈化器測試非常有意義。

（3）質譜法可以非常直觀看到測試過程實時濃度的變化趨勢，對測試過程是否有異常可以第一時間知曉。

6 結束語

綜上所述，使用經過驗證的在線質譜儀測試空氣凈化器甲醛CADR與酚試劑分光光度法的結果基本一致的，在線質譜儀基本無耗材，反應速度快，可以快速、準確測定空氣凈化器甲醛CADR，特別對于甲醛CADR值高的機器測試有著特別重要的應用價值和現實意義。