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第五章 實驗方法

5.2 實驗步驟

1. 逸散物的成分-對產品 材料的初步評估,是在指引選擇適合的 測試方法和分析技巧。這種評估被用在從定量的特定化合物中,

獲得資訊。假如只有單一化合物被定量,則直接選擇適合的取樣 和分析方法。當需要完整的描述時,就需要更多的資料。對逸散 物來源的逸散成分做初步的評估,可查詢有用的資料,包括:先 前研究逸散物來源的報告或論文,陳列在產品表上的組成份子,

材料的安全性數據單(MSDS),和從製造者或適當的貿易組織中得 到資料。這樣的資料經常是不夠去鑑定有興趣的化合物,但它的 確在尋找化合物上提供指引。另一個問題則是產品或材料使用過 程中,逸散出來的化合物未被列於其成份表上。因此,需要進一 步的分析,而且測定實際逸散出來的化合物,其中有一種方法就 是包含對逸散物來源的 Headspace 分析。

2. Headspace 分析-證明有機化合物存在於"Headspace"或材料上面

器)和流動的 Headspace 分析都可使用。

2.1 Headspace 分析的原理:就是將材料樣品與惰性材料一起放在 小容器(例如:1升或更小)。若含有高逸散率之有機化合物的 材料,其 VOCs 的量多到足以達到在"Scan Mode"操作下的 MS,

或其他偵測器的偵測需求量。而低逸散率的材料(例如:毛毯)

則使用另一種方法,用純氣體(例如:氮氣)流經材料之上,

並收集在一個 Sorbent 捕捉器中。此種方法必須要有足夠的材 料和取樣時間,才能累積逸散成分到 MS 或其他偵測器之適當偵 測量。而當 Headspace 分析在某個溫度和壓力下操作,對偵測 器而言,所收集的樣品不夠時,此時必須提高溫度以增加逸散 率,或用較大(多)的樣品來作分析。

2.2 Headspace 分析步驟 (1) 準備 250 ml 玻璃瓶

(Its Cover Sealed by Silicone Rubber with Polytetra-fluoroethylene Membrane)

(2) 將其完全沒入恆溫水槽中(30℃) (Sampling Port 勿沒入水中)

(3) 將塗料(或黏著劑….)塗在一基板上(此基板為鍍鋅鐵板,尺 寸為 2×8 cm2),再放入上述瓶子中,沒入恆溫水槽中 4 小時。

(4)取 0.2ml Head Space Gas 到 GC/MS 中作定性分析。

2.3 雖然若有充分的資料可應用在已知 GC Column、氣體流量、溫 度計畫之感興趣的化合物之滯留時間,則可使用其他種類的偵 測器;但是 Headspace 化合物的鑑定經常使用氣相層析儀(GC) 耦合質譜儀(MS)(GC/MS)在"Scan Mode"下操作而得。數據取樣 和分析方法的使用,對於描述材料 Headspace 中所含化合物的 層析圖是有必要的。使用的技巧是根據化合物所逸散出來的特 性,例如:極性、溶解度和沸點。有多種的 Sorbent 材料可被 使用。一旦樣品被收集,就要有適當的方法(熱脫附或溶劑萃 取)從 Sorbent 中除去有機物。注入 GC 的樣品之方法,是根據 樣品的狀態(例如:氣體或液體)和特定的實驗而定。

2.4 如果不同儀器被用於 Headspace 分析和試驗室測試,使用在這 兩個儀器中的 GC Column、氣體流動和溫度計畫應該是相同的 話,則被選為定量的化合物之滯留時間就可被知道。

2.5 根據研究的目的,在 Headspace 分析中鑑定過的化合物,在後 來的試驗室測試中,為了測量和定量分析可再被選擇。選擇化 合物的準則可能包括:GC 中的主峰、已知的 Carcinogen、毒性 或刺激物、低氣味之 Threshold 等。

上有用的技巧時,它並不確定當中所有的逸散物質都被鑑定 過。當取樣和分析技巧可能不夠或在 Headspace 中並未發現到 的化合物,這是由於在乾燥過程或 Substrate 的相互作用下形 成,並在稍後逸散出來的。

3. 試驗室測試-試驗室測試需要一個如同測驗相一樣好的準備相。

準備的階段與發展測試計畫一起開始,也就是在每一次測試中的 特定環境條件、材料的應用方法、條件調期和樣品收集及分析方 法。測試計畫的發展是遵循著:環境控制和測量系統的校正、樣 品收集和濃縮的裝置、和被當作品質保證計畫的分析系統。在這 個階段,從 GC/MS 之 Headspace 分析中所評估出的資訊,是在提 供下列的指引:選擇分析用的 Column、偵測器、樣品收集之媒介 物和適當的內部標準。

3.1 內部標準物-以一已知的速率,將有機化合物加入淨空的試驗 室中,必須依照下列準則:

3.1.1 它必須是很容易取得的材料(即適合在滲透管使用或可用於 儲氣筒中)。

3.1.2 它必須在分析管柱中有滯留時間,且不與從材料逸散出來的 其他化合物重疊。

3.1.3 它必須能被定量收集,也能在測試過程中,從使用的樣品收

集媒介物回收。

3.1.4 內部標準物必須是不貴的且低毒性。

3.2 試驗室的準備-在實際測試之前,試驗室內部必須用鹼性清潔 劑刷洗,再用水沖乾淨,最後再用去離子水沖洗。等乾燥後,

放置在一個控溫的環境中,並依測定的條件排放之。

試驗室的背景會被監控是為確保污穢物是在品質保證(QA) 的限制下。在此時,試驗室的狀況是在流量和相對濕度的測試 設定值上,所有的分析系統已校正過,品質控制系統也已被發 展以及內部標準物也已選擇好。試驗室的背景樣品是從乾淨的 空氣系統,或空氣試驗室,或兩者之有機化合物中定量取樣出 來的。此外,任何基質材料,如同木頭,在必須包含說明實際 背景的測試中被使用。一旦所有初步步驟都完成時,選擇材料

產品的測試就可以開始著手了。

3.3 樣品的準備-在試驗室中所使用的測試樣品之種類,是根據待 測的材料或產品而定。固體材料也是如此。假如從邊緣所逸散 出來的逸散物與普通暴露表面不同時,需將邊緣封緘起來。例 如:粒狀板樣品可用矽酸鈉封緘邊緣,以忽略過高的邊緣逸散 率。濕材料被用在固體的基質。例如:樹木的著色劑應用在版

質(Substrate)應該在背景測驗中被放在試驗室中,去測定它的 有機物逸散率的大小。邊緣效應也應藉由封緘而忽略。濕材料 被用於試驗室外邊的基質,並很快的放在試驗室中。試驗時間 開始時(t=0),試驗室的門是關閉的。在此範圍討論時,小試驗 室並不適合去評估濕材料所應用的狀態。因此,在乾燥過程中,

最早(即:也就是從使用到放在試驗室)逸散出來的部分不能 被測量,從使用到測試開始的時間應少於 10 分鐘,使用的時間 和開始試驗的時間都應被記錄。

3.4 樣品的條件-在某些案例中,在材料 產品的生命週期之最後 階段是需要逸散數據的(例如:在塗佈完成的幾個月後)。在這 些案例中,樣品必須在測試前賦予條件。在相同的環境參數(溫 度、濕度、換氣率和產品負荷率)下賦予條件,如同用在試驗 室測試中。假如不可能,附有條件的環境參數應用文書妥善記 錄。理想來說,在樣品完全的生命週期到試驗時間終了時,樣 品應該被賦予條件。假如不可能,則必須要有一段時間讓逸散 性與測試條件達到均衡時,才開始附以條件。

3.5 樣品的污染-必須小心待測材料已被使用過,或與別東西存放 在一起。上述這些感興趣的材料已被當作〞衰退〞,並且要從別 的有機化合物中脫附出來。隨後的測試會提供逸散性數據表,

來表示脫附的化合物之再逸散性,而不要原始材料中的逸散性 了。

4. 取樣-典型的試驗室流出物樣品之收集,需要使用的取樣方法是 適合於化合物存在之揮發性範圍而言。從 GC/MS 之 Headspace 分 析中獲得的資訊,可用來選擇適當的樣品收集和濃縮的媒介物。

如上述所討論的,取樣方法的範圍可從 Syringe/Pump 取樣到不同 的 Sorbent 脫附。

4.1 取樣技巧和取樣時間也必須適用於隨時間改變的試驗室空氣中 之化合物濃度。

4.2 對一定逸散速度的逸散來源而言,取樣時間並不是臨界參數。

因為試驗室的濃度會達到一個平衡值,其值是 99.9%。式(3)可 被重排,以用於計算出時間。即:

0.999=1-e-Nt e-Nt=0.001 Nt=6.9

→t=6.9/N

因此,當一定逸散速率的逸散來源被放在試驗室中,開始 的時間是 0 的話,那麼換氣率(N)1 小時就得花 6.9 小時,才能

4.3 當測試之濕材料,如膠、蠟和木製品的最後一道塗飾時,試驗 室的濃度會在數分鐘內改變數個等級大小。隨著時間而改變的 試驗室濃度的描述,應靠連續或半連續的監控或靠常常取樣。

這兩種方法一起使用是最有效地描述變化很快之逸散性的方 法。個別化合物的濃度之改變,就如同是材料的老化一樣。有 一些案例中,在 Headspace 或測試開始的數小時內未被偵測到 的化合物,變成了主要逸散化合物。因此,完全的 Hydrocarbon 監視器可以有效的追蹤快速變化的濃度,但也因此提供不完整 性質的圖表。

4.4 然而,在乾燥時,去監視逸散性的改變是重要的。取樣方法應 該提供一個平均值,去收集每一種樣品中幾乎相同的重量。因 此,樣品的體積是一個重要的考量。當試驗室濃度高時,樣品 的體積必須小到以避免收集捕捉器的破裂,或清淨-去污裝置 之濃度管的不堪負荷。樣品體積小於1升時,可直接由氣密式 注射筒中抽出,然後經由一個加熱部,注入乾淨的空氣流中。

很小的樣品(1 毫升)可以直接注入 GC 中,較大體積的樣品需藉 由取樣管注入試驗室內的空氣流中,因為透過取樣管注入的流 量是固定的,所以增加取樣時間即是增加樣品體積。因此由試 驗過程中,去發展取樣方法是必要的。

4.5 在處理取樣管時,要特別小心去避免污損。有一個技巧是立即 將取樣管放入密閉的惰性物中(例如:已用過的氮氣清洗 TFE-碳氟化合物袋),也可使用不透氣的玻璃管。

5. 分析-分析技巧是根據取樣方法和所使用的脫附劑媒介。將樣品 注入 GC 的方法包括:直接注入法、用去除-捕捉濃縮法去熱脫附

5. 分析-分析技巧是根據取樣方法和所使用的脫附劑媒介。將樣品 注入 GC 的方法包括:直接注入法、用去除-捕捉濃縮法去熱脫附