專(zhuān)利名稱(chēng)：人造板中甲醛含量的快速無(wú)損分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分析方法領(lǐng)域，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種利用THz時(shí)域光譜對(duì)人造板材中甲醛含量進(jìn)行快速無(wú)損分析的方法。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的提高，很多家庭對(duì)室內(nèi)進(jìn)行了裝修，在美化生活的同時(shí)，也帶來(lái)了嚴(yán)重的室內(nèi)污染問(wèn)題，其中主要來(lái)源于室內(nèi)游離甲醛的含量超標(biāo)。用作裝修材料的人造板材如膠合板、細(xì)木工板、中密度纖維板和刨花板等在制作時(shí)大多采用脲醛樹(shù)脂為膠粘劑，膠粘劑中加入過(guò)量甲醛可以提高板材的性能。甲醛沸點(diǎn)為-21℃，室溫下很容易揮發(fā)出來(lái)，且釋放期長(zhǎng)達(dá)3-15年。目前我們國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的一等級(jí)人造板材相當(dāng)于歐洲的E2等級(jí)，而歐洲的E2等級(jí)人造板則要求密封裝修的條件下使用。所以對(duì)于人造板材的甲醛含量應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格控制。
目前國(guó)際上甲醛釋放量的測(cè)定方法有以下幾種穿孔法、WKI(廣口瓶測(cè)定)、干燥皿法、氣體分析法、大檢測(cè)室法、1m3測(cè)試箱法、空氣循環(huán)法、抽吸法等，其檢測(cè)原理和步驟相似，都是首先收集從待測(cè)樣品中釋放出來(lái)的游離甲醛，然后用化學(xué)方法，如碘量法、乙酰丙酮比色法、電化學(xué)法，分析測(cè)定收集的甲醛。這些方法的共同缺點(diǎn)是分析時(shí)間長(zhǎng)(4小時(shí)到6周)，操作繁瑣，測(cè)定結(jié)果與溫度等環(huán)境因素有關(guān)，并且無(wú)法知道材料的甲醛總含量以評(píng)估甲醛釋放持續(xù)時(shí)間。此外，這些檢測(cè)方法屬于有損分析，檢測(cè)結(jié)束，材料不能再用，因此，只能進(jìn)行抽查檢測(cè)。
基于飛秒激光的THz時(shí)域光譜(THz-TDS)是國(guó)際上近年來(lái)發(fā)展的一種新型技術(shù)。由于甲醛是極性分子，其偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)在THz頻段有吸收，而THz波對(duì)于大多數(shù)介電材料是透明的，對(duì)于干燥的木材吸收很小，因此可以利用THz時(shí)域光譜來(lái)對(duì)甲醛進(jìn)行檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于提供一種利用THz時(shí)域光譜對(duì)人造板材中的甲醛含量進(jìn)行測(cè)定的快速無(wú)損分析方法，其不僅測(cè)定時(shí)間非常短，而且可以不破壞樣品。
為達(dá)到這一目的，本發(fā)明的利用THz時(shí)域光譜對(duì)人造板材中甲醛含量的快速無(wú)損分析方法，包括以下步驟1、利用THz-TDS裝置測(cè)定甲醛的THz時(shí)域光譜圖，進(jìn)行傅立葉變換，再對(duì)縱坐標(biāo)取對(duì)數(shù)，得到甲醛的特征吸收峰；2、取與待測(cè)樣品相同的未加工木材，測(cè)定其THz時(shí)域光譜圖，譜圖進(jìn)行傅立葉變換，再對(duì)縱坐標(biāo)取對(duì)數(shù)后與甲醛特征吸收峰相比較以確定無(wú)覆蓋；3、取若干個(gè)已知甲醛含量的樣品，分別進(jìn)行與步驟2同樣的處理后，利用BIPTCHEM軟件進(jìn)行擬合得到回歸方程；4、取待測(cè)樣品測(cè)其THz時(shí)域光譜圖，進(jìn)行傅立葉變換，再對(duì)縱坐標(biāo)取對(duì)數(shù)后代入回歸方程得到甲醛含量。
利用本發(fā)明的方法可以直接測(cè)量人造板材料中甲醛含量(非釋放量)，不僅不會(huì)對(duì)樣品造成損壞，而且其中的步驟1～3可以預(yù)先做好，這樣需要測(cè)定時(shí)只需進(jìn)行3和4的步驟，與現(xiàn)有的甲醛含量測(cè)定方法相比可以大大地縮短檢測(cè)時(shí)間，分析一個(gè)樣品的過(guò)程僅需2分鐘，并且結(jié)果相對(duì)比較準(zhǔn)確。在本項(xiàng)目研究成果基礎(chǔ)上，如能將THz輻射檢測(cè)儀器小型化，便攜化和商品化，則帶來(lái)的市場(chǎng)之大，經(jīng)濟(jì)效益之高難以預(yù)計(jì)。本發(fā)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(cè)定。


圖1為空白樣品的THz時(shí)域光譜；圖2為櫸木板的THz時(shí)域光譜；
圖3為甲醛氣體的THz時(shí)域光譜；圖4為未加工的櫸木板、甲醛及空白樣品的THz時(shí)域光譜經(jīng)傅立葉變換再取對(duì)數(shù)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(shí)施例方式
以下通過(guò)具體實(shí)施例，以對(duì)本發(fā)明的利用THz時(shí)域光譜對(duì)人造板中甲醛含量進(jìn)行快速無(wú)損分析的方法作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)驗(yàn)儀器及原理THz-TDS裝置是美國(guó)光譜物理公司制造的鈦寶石飛秒激光器和美國(guó)Zomega公司研制的THz系統(tǒng)，光譜測(cè)量范圍為0.1-4THz(波長(zhǎng)3.3mm-80μm)，信噪比＞1000，譜分辨好于10GHz。
圖譜測(cè)試條件為激光功率為0.75W，脈沖寬度小于100fs，測(cè)量偏離電壓16.18KHz，鎖相時(shí)間為30ms，溫度為22℃，空氣濕度為41％。
原理根據(jù)朗伯-比爾定律1gI0I=abc,]]>其中II0=T,]]>T為透射率，c為被測(cè)物質(zhì)含量，a、b為常量，圖4縱坐標(biāo)為1gT；甲醛吸收峰的強(qiáng)度與板材中甲醛的含量成線(xiàn)性關(guān)系，即c=-1gTab.]]>因此可以從圖中數(shù)據(jù)得到人造板樣品中甲醛的含量。
實(shí)施例1把一定量的多聚甲醛放置在五氧化磷干燥器中干燥數(shù)天，然后在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(cè)空白樣品THz時(shí)域光譜圖，其結(jié)果如圖1所示；以后每次測(cè)定的THz時(shí)域光譜圖都與之作差譜。測(cè)聚乙烯薄膜以及裝有甲醛氣體的聚乙烯袋的THz時(shí)域光譜圖(直接將樣品放在裝置的光路聚焦處，進(jìn)行掃描)，利用THz時(shí)域光譜處理軟件(美國(guó)Zomega公司)對(duì)兩個(gè)時(shí)域譜進(jìn)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(shí)域光譜圖，其結(jié)果如圖3所示；對(duì)圖3進(jìn)行傅立葉變換，再對(duì)縱坐標(biāo)取對(duì)數(shù)，可得到甲醛在1.6THz有一特征峰(見(jiàn)圖4)。
實(shí)施例2稱(chēng)取未經(jīng)加工的櫸木板100克，以THz-TDS裝置測(cè)其THz時(shí)域光譜圖，其結(jié)果如圖2所示，光譜圖同樣進(jìn)行傅立葉變換，對(duì)縱坐標(biāo)取對(duì)數(shù)，然后與已知的甲醛特征吸收峰作比較，以確定其與甲醛特征吸收峰無(wú)覆蓋(見(jiàn)圖4)；取五塊100克的甲醛含量已知的櫸木刨花板(五個(gè)甲醛濃度c1～c5分別為110、130、150、170、190mg/每100g板材)，分別測(cè)定它們的THz時(shí)域光譜圖，再進(jìn)行傅立葉變換和對(duì)縱坐標(biāo)取對(duì)數(shù)，記錄1.6THz處峰的強(qiáng)度記為Y1～Y5。利用BIPTCHEM軟件(美國(guó)UMETRICS公司)進(jìn)行擬合得到櫸木板的回歸方程Y(1E+24)＝2.52-0.0125c，其復(fù)相關(guān)系數(shù)R為0.994(R值愈接近于1，擬合性愈好)。
實(shí)施例3再取100克待測(cè)的櫸木刨花板測(cè)其THz時(shí)域光譜圖，譜圖進(jìn)行同樣處理后得到數(shù)據(jù)Y，代入以上回歸方程，得到其中的甲醛含量c′；同時(shí)相同來(lái)源的木板試件以乙酰丙酮比色法測(cè)定以作對(duì)照取100克櫸木刨花板與甲苯共熱，通過(guò)液-固萃取使甲醛自木板中釋出，然后將溶有甲醛的甲苯通過(guò)穿孔器進(jìn)行液-液萃取，把甲醛轉(zhuǎn)溶于水中，水中的甲醛含量用乙酰丙酮比色法進(jìn)行分析，得到其中的甲醛含量c″，其具體結(jié)果如表1所示

由以上結(jié)果可見(jiàn)，在事先準(zhǔn)備好甲醛特征吸收峰以及甲醛含量測(cè)定方程的情況下，本發(fā)明的方法所需要的測(cè)定時(shí)間非常短，只需幾分鐘即可；而且，其準(zhǔn)確度也相應(yīng)的要高于其它方法(乙酰丙酮比色法由于萃取不徹底，通常測(cè)得的含量較低)。
實(shí)施例4將櫸木材換成柏木材，重復(fù)實(shí)施例2的步驟，得到柏木材的甲醛濃度計(jì)算方程(回歸方程)為Y(1E+24)＝2.60-0.0105c，其復(fù)相關(guān)系數(shù)R為0.992然后再取待測(cè)的柏木材測(cè)定其THz時(shí)域光譜圖，譜圖進(jìn)行同樣處理后得到數(shù)據(jù)Y，代入柏木材中甲醛濃度的計(jì)算方程，得到其中的甲醛含量為157.3mg/100g材板。
實(shí)施例5將櫸木材換成馬尾松木材，重復(fù)實(shí)施例2的步驟，得到馬尾松的甲醛濃度計(jì)算方程為Y(1E+24)＝2.35-0.0120c，其復(fù)相關(guān)系數(shù)R為0.997然后再取待測(cè)的柏木材測(cè)定其THz時(shí)域光譜圖，譜圖進(jìn)行同樣處理后得到數(shù)據(jù)Y，代入馬尾松的甲醛濃度計(jì)算方程，得到其中的甲醛含量為149.6mg/100g材板。
權(quán)利要求
1.一種人造板材中甲醛含量的快速無(wú)損分析方法，其特征在于包括以下步驟(1)測(cè)定甲醛的THz時(shí)域光譜圖，進(jìn)行傅立葉變換，再對(duì)縱坐標(biāo)取對(duì)數(shù)，得到甲醛的特征吸收峰；(2)取與待測(cè)樣品相同的未加工木材，測(cè)定其THz時(shí)域光譜圖，譜圖進(jìn)行傅立葉變換，再對(duì)縱坐標(biāo)取對(duì)數(shù)后與甲醛特征吸收峰相比較以確定無(wú)覆蓋；(3)取若干個(gè)已知甲醛含量的樣品，分別進(jìn)行與步驟2同樣的處理后，記錄甲醛特征吸收峰處的強(qiáng)度，利用BIPTCHEM軟件進(jìn)行擬合得到計(jì)算甲醛含量的回歸方程；(4)取待測(cè)樣品測(cè)其THz時(shí)域光譜圖，進(jìn)行傅立葉變換，再對(duì)縱坐標(biāo)取對(duì)數(shù)后代入回歸方程得到甲醛含量。
2.如權(quán)利要求1所述的人造板材中甲醛含量的快速無(wú)損分析方法，其特征在于其中步驟(1)～(3)可以作為準(zhǔn)備工作事先做好。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種對(duì)人造板中甲醛含量進(jìn)行快速無(wú)損分析的方法，其主要利用THz－TDS裝置先測(cè)定甲醛氣體的特征吸收峰，然后制定與待測(cè)樣品相同的未加工木材的回歸方程，最后通過(guò)測(cè)定待測(cè)樣品的THz時(shí)域光譜進(jìn)行處理后代入回歸方程以求得樣品中的甲醛含量。本發(fā)明的甲醛含量測(cè)定方法不僅對(duì)樣品沒(méi)有損害，而且與現(xiàn)有的甲醛含量測(cè)定方法相比較，可以大大地縮短測(cè)定時(shí)間，且測(cè)定結(jié)果相對(duì)更加準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)G01N21/25GK1540315SQ20031010814
公開(kāi)日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月24日
發(fā)明者尹娟娟, 徐慧, 余笑寒, 李文新 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所