人造板中甲醛含量的快速無損分析方法
2023-07-08 09:35:16 3
專利名稱：人造板中甲醛含量的快速無損分析方法
技術領域：
本發明涉及分析方法領域，具體地說，本發明涉及一種利用THz時域光譜對人造板材中甲醛含量進行快速無損分析的方法。
背景技術：
隨著人們生活水平的提高，很多家庭對室內進行了裝修，在美化生活的同時，也帶來了嚴重的室內汙染問題，其中主要來源於室內游離甲醛的含量超標。用作裝修材料的人造板材如膠合板、細木工板、中密度纖維板和刨花板等在製作時大多採用脲醛樹脂為膠粘劑，膠粘劑中加入過量甲醛可以提高板材的性能。甲醛沸點為-21℃，室溫下很容易揮發出來，且釋放期長達3-15年。目前我們國內生產的一等級人造板材相當於歐洲的E2等級，而歐洲的E2等級人造板則要求密封裝修的條件下使用。所以對於人造板材的甲醛含量應進行嚴格控制。
目前國際上甲醛釋放量的測定方法有以下幾種穿孔法、WKI(廣口瓶測定)、乾燥皿法、氣體分析法、大檢測室法、1m3測試箱法、空氣循環法、抽吸法等，其檢測原理和步驟相似，都是首先收集從待測樣品中釋放出來的游離甲醛，然後用化學方法，如碘量法、乙醯丙酮比色法、電化學法，分析測定收集的甲醛。這些方法的共同缺點是分析時間長(4小時到6周)，操作繁瑣，測定結果與溫度等環境因素有關，並且無法知道材料的甲醛總含量以評估甲醛釋放持續時間。此外，這些檢測方法屬於有損分析，檢測結束，材料不能再用，因此，只能進行抽查檢測。
基於飛秒雷射的THz時域光譜(THz-TDS)是國際上近年來發展的一種新型技術。由於甲醛是極性分子，其偶極子轉動在THz頻段有吸收，而THz波對於大多數介電材料是透明的，對於乾燥的木材吸收很小，因此可以利用THz時域光譜來對甲醛進行檢測。
發明內容
本發明的目的就在於提供一種利用THz時域光譜對人造板材中的甲醛含量進行測定的快速無損分析方法，其不僅測定時間非常短，而且可以不破壞樣品。
為達到這一目的，本發明的利用THz時域光譜對人造板材中甲醛含量的快速無損分析方法，包括以下步驟1、利用THz-TDS裝置測定甲醛的THz時域光譜圖，進行傅立葉變換，再對縱坐標取對數，得到甲醛的特徵吸收峰；2、取與待測樣品相同的未加工木材，測定其THz時域光譜圖，譜圖進行傅立葉變換，再對縱坐標取對數後與甲醛特徵吸收峰相比較以確定無覆蓋；3、取若干個已知甲醛含量的樣品，分別進行與步驟2同樣的處理後，利用BIPTCHEM軟體進行擬合得到回歸方程；4、取待測樣品測其THz時域光譜圖，進行傅立葉變換，再對縱坐標取對數後代入回歸方程得到甲醛含量。
利用本發明的方法可以直接測量人造板材料中甲醛含量(非釋放量)，不僅不會對樣品造成損壞，而且其中的步驟1～3可以預先做好，這樣需要測定時只需進行3和4的步驟，與現有的甲醛含量測定方法相比可以大大地縮短檢測時間，分析一個樣品的過程僅需2分鐘，並且結果相對比較準確。在本項目研究成果基礎上，如能將THz輻射檢測儀器小型化，便攜化和商品化，則帶來的市場之大，經濟效益之高難以預計。本發明還適用人造板材中其它有害的極性分子如甲苯和氨的測定。
圖1為空白樣品的THz時域光譜；圖2為櫸木板的THz時域光譜；
圖3為甲醛氣體的THz時域光譜；圖4為未加工的櫸木板、甲醛及空白樣品的THz時域光譜經傅立葉變換再取對數的頻譜，其中A為甲醛，B為空白，C為未加工的櫸木材。
具體實施例方式
以下通過具體實施例，以對本發明的利用THz時域光譜對人造板中甲醛含量進行快速無損分析的方法作進一步說明。
實驗儀器及原理THz-TDS裝置是美國光譜物理公司製造的鈦寶石飛秒雷射器和美國Zomega公司研製的THz系統，光譜測量範圍為0.1-4THz(波長3.3mm-80μm)，信噪比＞1000，譜分辨好於10GHz。
圖譜測試條件為雷射功率為0.75W，脈衝寬度小於100fs，測量偏離電壓16.18KHz，鎖相時間為30ms，溫度為22℃，空氣溼度為41％。
原理根據朗伯-比爾定律1gI0I=abc,]]>其中II0=T,]]>T為透射率，c為被測物質含量，a、b為常量，圖4縱坐標為1gT；甲醛吸收峰的強度與板材中甲醛的含量成線性關係，即c=-1gTab.]]>因此可以從圖中數據得到人造板樣品中甲醛的含量。
實施例1把一定量的多聚甲醛放置在五氧化磷乾燥器中乾燥數天，然後在100ml圓底燒瓶中加適量多聚甲醛，油浴到175℃，氣體用聚乙烯薄膜袋收集。用THz-TDS裝置首先測空白樣品THz時域光譜圖，其結果如圖1所示；以後每次測定的THz時域光譜圖都與之作差譜。測聚乙烯薄膜以及裝有甲醛氣體的聚乙烯袋的THz時域光譜圖(直接將樣品放在裝置的光路聚焦處，進行掃描)，利用THz時域光譜處理軟體(美國Zomega公司)對兩個時域譜進行差減得到差譜，以扣除聚乙烯薄膜的影響，得到甲醛的THz時域光譜圖，其結果如圖3所示；對圖3進行傅立葉變換，再對縱坐標取對數，可得到甲醛在1.6THz有一特徵峰(見圖4)。
實施例2稱取未經加工的櫸木板100克，以THz-TDS裝置測其THz時域光譜圖，其結果如圖2所示，光譜圖同樣進行傅立葉變換，對縱坐標取對數，然後與已知的甲醛特徵吸收峰作比較，以確定其與甲醛特徵吸收峰無覆蓋(見圖4)；取五塊100克的甲醛含量已知的櫸木刨花板(五個甲醛濃度c1～c5分別為110、130、150、170、190mg/每100g板材)，分別測定它們的THz時域光譜圖，再進行傅立葉變換和對縱坐標取對數，記錄1.6THz處峰的強度記為Y1～Y5。利用BIPTCHEM軟體(美國UMETRICS公司)進行擬合得到櫸木板的回歸方程Y(1E+24)＝2.52-0.0125c，其復相關係數R為0.994(R值愈接近於1，擬合性愈好)。
實施例3再取100克待測的櫸木刨花板測其THz時域光譜圖，譜圖進行同樣處理後得到數據Y，代入以上回歸方程，得到其中的甲醛含量c′；同時相同來源的木板試件以乙醯丙酮比色法測定以作對照取100克櫸木刨花板與甲苯共熱，通過液-固萃取使甲醛自木板中釋出，然後將溶有甲醛的甲苯通過穿孔器進行液-液萃取，把甲醛轉溶於水中，水中的甲醛含量用乙醯丙酮比色法進行分析，得到其中的甲醛含量c″，其具體結果如表1所示
由以上結果可見，在事先準備好甲醛特徵吸收峰以及甲醛含量測定方程的情況下，本發明的方法所需要的測定時間非常短，只需幾分鐘即可；而且，其準確度也相應的要高於其它方法(乙醯丙酮比色法由於萃取不徹底，通常測得的含量較低)。
實施例4將櫸木材換成柏木材，重複實施例2的步驟，得到柏木材的甲醛濃度計算方程(回歸方程)為Y(1E+24)＝2.60-0.0105c，其復相關係數R為0.992然後再取待測的柏木材測定其THz時域光譜圖，譜圖進行同樣處理後得到數據Y，代入柏木材中甲醛濃度的計算方程，得到其中的甲醛含量為157.3mg/100g材板。
實施例5將櫸木材換成馬尾松木材，重複實施例2的步驟，得到馬尾松的甲醛濃度計算方程為Y(1E+24)＝2.35-0.0120c，其復相關係數R為0.997然後再取待測的柏木材測定其THz時域光譜圖，譜圖進行同樣處理後得到數據Y，代入馬尾松的甲醛濃度計算方程，得到其中的甲醛含量為149.6mg/100g材板。
權利要求
1.一種人造板材中甲醛含量的快速無損分析方法，其特徵在於包括以下步驟(1)測定甲醛的THz時域光譜圖，進行傅立葉變換，再對縱坐標取對數，得到甲醛的特徵吸收峰；(2)取與待測樣品相同的未加工木材，測定其THz時域光譜圖，譜圖進行傅立葉變換，再對縱坐標取對數後與甲醛特徵吸收峰相比較以確定無覆蓋；(3)取若干個已知甲醛含量的樣品，分別進行與步驟2同樣的處理後，記錄甲醛特徵吸收峰處的強度，利用BIPTCHEM軟體進行擬合得到計算甲醛含量的回歸方程；(4)取待測樣品測其THz時域光譜圖，進行傅立葉變換，再對縱坐標取對數後代入回歸方程得到甲醛含量。
2.如權利要求1所述的人造板材中甲醛含量的快速無損分析方法，其特徵在於其中步驟(1)～(3)可以作為準備工作事先做好。
全文摘要
本發明公開了一種對人造板中甲醛含量進行快速無損分析的方法，其主要利用THz－TDS裝置先測定甲醛氣體的特徵吸收峰，然後制定與待測樣品相同的未加工木材的回歸方程，最後通過測定待測樣品的THz時域光譜進行處理後代入回歸方程以求得樣品中的甲醛含量。本發明的甲醛含量測定方法不僅對樣品沒有損害，而且與現有的甲醛含量測定方法相比較，可以大大地縮短測定時間，且測定結果相對更加準確。
文檔編號G01N21/25GK1540315SQ20031010814
公開日2004年10月27日 申請日期2003年10月24日 優先權日2003年10月24日
發明者尹娟娟, 徐慧, 餘笑寒, 李文新 申請人:中國科學院上海應用物理研究所