一种检测高温热改性木材挥发性气味的方法

技术领域

本发明涉及木材气体检测技术领域，特别涉及一种检测高温热改性木材挥发性气味的方法。

背景技术

随着经济的迅速发展，人们的生活品质不断提高，对木材及其制品消费需求大为增加，木材作为一种可再生的绿色材料，因其独有的力学、装饰性能，被广泛用于家具制造、室内装修的方方面面。

橡胶木纹理美观、加工性能良好，但淀粉、游离糖含量高于其它树种，通常需经防腐改性处理，对橡胶木进行热处理改性，既可以提高橡胶木的耐腐朽性能、防霉性能，有效解决橡胶木的腐朽、虫蛀等问题，又显著改善其尺寸稳定性，降低了平衡含水率。热处理技术是指在高温的作用下，对木材进行热处理，以提高木材尺寸稳定性、耐腐性、耐候性的过程。虽然热处理过程中不添加任何有毒化学药品，但木材热改性过程通常包含高温干燥、炭化处理、降温调湿、冷却出窑，这个过程实际相当于木材热解的干燥和预炭化阶段，木材的主成分半纤维素、纤维素不同程度降解，必然会产生很多有机挥发物(VOC)的混合气体。这些气体产生的气味给人不愉悦的感觉，会对其使用造成一定影响。据市场调查，近年来因为家具气味问题而遭到客户投诉的定制家具企业比例高达1％。

随着木材高温热改性技术进入工业化生产阶段，但对其研究大多集中于热处理工艺条件的改进、热处理材物理化学性能的变化，而对于热改性材释放的有机挥发物组成特性研究较少。国外Niv Graf采用气质联用技术分析研究欧洲杉木热改性过程中释放的挥发性有机物的成分，研究发现，挥发性有机物的主要成分为乙酸、糠醛、甲苯及萜烯类物质(主要为α-蒎烯)等。薛磊采用动态顶空吹扫法采集杨木热处理材释放的挥发性有机物，用GC-MS技术对不同挥发物进行成分分析，研究发现，杨木在热处理过程中会产生烷烃、芳香族化合物、醛类、萜烯类等多种挥发性成分。

目前对于对于高温热改性木材挥发性气味的检索技术存在较大的空白，而热改性木材的气味的有效检测，对实现热改性木材的安全品质的监控，及其广泛作为生产家具用材及其他应用具有重要意义。

发明内容

鉴以此，本发明提出一种操作简单、高灵敏度、高检出率检测热改性材气味的方法，通过采用了固相微萃取法联合热水浴孵化，提高萃取的效率和得率，并结合气相色谱质谱联用分析，实现了更好的高温热改性木材挥发性气味成分的检出率，操作简便，且准确度高。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种检测高温热改性木材挥发性气味的方法，包括以下步骤：

(1)木材样品的预处理：取不同温度热改性处理的木材，研磨成粒径为30～120目的热改性木材粉，称取于样品瓶中，密封；

(2)顶空固相微萃取：将步骤1的热改性木材粉于热水浴中孵化，并经顶空固相微萃取对热改性木材粉进行挥发气体的收集；

(3)气相色谱-质谱分析：采用VF-WAXms极性色谱柱作为固相，柱温的程序升温条件为：初始温度50～55℃，以3～4℃/min升至150℃，以2～3℃/min升至210℃，保持1～2min，进行质谱分析。

进一步说明，所述固相微萃取技术的进样针为50/30μm DVB/Car/PDMS，每次采样前将进样针在220～240℃下活化至色谱图中未出现化合物的峰形，将活化好的进样针插入样品瓶置于样品上方萃取吸附。

进一步说明，所述固相微萃取的萃取时间为5～10min。

进一步说明，所述热改性木材粉于95～98℃下热水浴中孵化20～30min。

进一步说明，所述气相色谱-质谱分析的载气为氦气，流速0.6～0.8mL/min，进样口温度为225～235℃。

进一步说明，所述气相色谱-质谱分析的质谱条件为：质量扫描范围为35～500m/z，离子电压70eV，离子电流150μA，离子源温度230℃，四级杆温度150℃。

进一步说明，所述木材热改性的温度为150～220℃。

进一步说明，热改性木材包括橡胶木、相思木、桉树木中的任意一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明基于顶空固相微萃取采样技术与气相色谱质谱联用分析技术检测高温热改性材的挥发性气味，有效明确了热改性材气味的多种主成分及相对含量的有效检测。其中，将热水浴孵化与顶空固相微萃取结合，更有利于提高热改性木材中醛类、酯类的成分萃取的效率和得率，同时，采用了VF-WAXms极性色谱柱作为固定相结合有效的程序升温处理，柱流失低，可充分提高分离效果，有效分离得到更加全面的热改性材气味组成的成分，实现了同步热改性木材中醛类、酯类、酮类、酸类、醇类、酚类、烷烃类、芳香类等8类以上的物质成分的有效分离检测，显著提高了高温热改性木材挥发性气味成分的检出率，检测灵敏度高，并且操作简便，易于实施，为高温热改性材的使用提供理论依据，对热改性材气味分析，确定不同温度热改性材使用范围具有重要的指导意义。

附图说明

图1为本发明实施例3的检测190℃热改性橡胶木材挥发性气味成分的总离子流色谱图；

图2为本发明实施例4的检测210℃热改性橡胶木材挥发性气味成分的总离子流色谱图；

图3为本发明对比例1的检测210℃热改性橡胶木材挥发性气味成分的总离子流色谱图。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。

本发明实施例所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

本发明实施例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

检测高温热改性桉树木材的挥发性气味，包括如下步骤：

步骤一：取经150℃热改性工艺处理的橡胶木材样品，研磨成粒径30目木粉，称取1.5g木粉样品于15mL样品瓶中，旋紧瓶盖，密封；

步骤二：将步骤一的热改性木材粉于热水浴中孵化，孵化温度为95℃，孵化时间为20min；采用顶空固相微萃取对热改性木材粉进行挥发气体的收集，其中，固相微萃取技术进样针为50/30μm DVB/Car/PDMS，每次采样前将进样针在220℃活化至色谱图中未出现化合物的峰形，将活化好的进样针插入样品瓶置于样品上方萃取吸附，萃取时间为5min，得到的萃取样品；

步骤三：将萃取的样品进行气相色谱-质谱分析，采用30m×0.25mm×0.25μm VF-WAXms色谱柱作为固相，柱温的程序升温条件为：初始温度50℃，以3℃/min升至150℃，以2℃/min升至210℃，保持1min，进行质谱分析，其中，载气为高纯氦气，流速0.6mL/min，进样口温度为225℃；

质谱条件为：质量扫描范围为35～500m/z，离子电压70eV，离子电流150μA，离子源温度230℃，四级杆温度150℃，进行质谱分析。

实施例2

检测高温热改性相思木材的挥发性气味，包括如下步骤：

步骤一：取经220℃热改性工艺处理的橡胶木材样品，研磨成粒径120目木粉，称取1.5g木粉样品于15mL样品瓶中，旋紧瓶盖，密封；

步骤二：将步骤一的热改性木材粉于热水浴中孵化，孵化温度为98℃，孵化时间为30min；采用顶空固相微萃取对热改性木材粉进行挥发气体的收集，其中，固相微萃取技术进样针为50/30μm DVB/Car/PDMS，每次采样前将进样针在240℃活化至色谱图中未出现化合物的峰形，将活化好的进样针插入样品瓶置于样品上方萃取吸附，萃取时间为10min，得到的萃取样品；

步骤三：将萃取的样品进行气相色谱-质谱分析，采用30m×0.25mm×0.25μm VF-WAXms色谱柱作为固相，柱温的程序升温条件为：初始温度55℃，以4℃/min升至150℃，以3℃/min升至210℃，保持2min，进行质谱分析，其中，载气为高纯氦气，流速0.8mL/min，进样口温度为235℃；

质谱条件为：质量扫描范围为35～500m/z，离子电压70eV，离子电流150μA，离子源温度230℃，四级杆温度150℃，进行质谱分析。

实施例3

检测高温热改性橡胶木材的挥发性气味，包括如下步骤：

步骤一：取经190℃热改性工艺处理的橡胶木材样品，研磨成粒径30目木粉，称取1.5g木粉样品于15mL样品瓶中，旋紧瓶盖，密封；

步骤二：将步骤一的热改性木材粉于热水浴中孵化，孵化温度为95℃，孵化时间为20min；采用顶空固相微萃取对热改性木材粉进行挥发气体的收集，其中，固相微萃取技术进样针为50/30μm DVB/Car/PDMS，每次采样前将进样针在230℃活化至色谱图中未出现化合物的峰形，将活化好的进样针插入样品瓶置于样品上方萃取吸附，萃取时间为10min，得到的萃取样品；

步骤三：将萃取的样品进行气相色谱-质谱分析，采用30m×0.25mm×0.25μm VF-WAXms色谱柱作为固相，柱温的程序升温条件为：初始温度50℃，以4℃/min升至150℃，以3℃/min升至210℃，保持1min，进行质谱分析，其中，载气为高纯氦气，流速0.8mL/min，进样口温度为230℃；

质谱条件为：质量扫描范围为35～500m/z，离子电压70eV，离子电流150μA，离子源温度230℃，四级杆温度150℃，进行质谱分析，其总离子流色谱图如图1所示。

实施例4

检测高温热改性橡胶木材的挥发性气味，包括如下步骤：

步骤一：取经210℃热改性工艺处理的橡胶木材样品，研磨成粒径50目木粉，称取1.0g木粉样品于15mL样品瓶中，旋紧瓶盖，密封；

步骤二：将步骤一的热改性木材粉于热水浴中孵化，孵化温度为96℃，孵化时间为30min；采用顶空固相微萃取对热改性木材粉进行挥发气体的收集，其中，固相微萃取技术进样针为50/30μm DVB/Car/PDMS，每次采样前将进样针在230℃活化至色谱图中未出现化合物的峰形，将活化好的进样针插入样品瓶置于样品上方萃取吸附，萃取时间为5min，得到的萃取样品；

步骤三：将萃取的样品进行气相色谱-质谱分析，采用30m×0.25mm×0.25μm VF-WAXms色谱柱作为固相，柱温的程序升温条件为：初始温度50℃，以4℃/min升至150℃，以3℃/min升至210℃，保持1min，进行质谱分析，其中，载气为高纯氦气，流速0.8mL/min，进样口温度为230℃；

质谱条件为：质量扫描范围为35～500m/z，离子电压70eV，离子电流150μA，离子源温度230℃，四级杆温度150℃，进行质谱分析，其总离子流色谱图如图2所示，可看出色谱分离效果较好，峰形对称无重叠，利用此方法检出热改性橡胶木材挥发性气味的物质类别包括醛类、酯类、酮类、酸类、醇类、酚类、烷烃类、芳香类等其他物质，其分析检测结果如下表所示，表明本发明实现热改性木材中8类以上的物质成分的有效分离检测，其萃取样品的检出率达93.14％，实现了更好的高温热改性木材挥发性气味成分的检出率，且操作简便。

表1 210℃热改性橡胶木材挥发性气味成分的化合物成分及相对含量

对比例1

对比例与实施例4的区别在于：步骤三：采用30m×0.25mm×0.25μm HP-5非极性色谱柱作为固相，其柱温的程序升温条件和质谱条件均与实施例4相同，其总离子流色谱图如图3所示，可看出采用HP-5非极性色谱柱检测样品，色谱分离效果不好，峰形拖尾，而且经分析检测，其检出的物质明显减少，其萃取样品的检出率为72.25％，表明本发明选用VF-WAXms色谱柱更适合检测高温热改性木材的挥发性气味物质，检测灵敏度高，分离效果好，结果准确度高。

对比例2

对比例与实施例4的区别在于：步骤三：采用30m×0.25mm×0.25μm DB-VAX极性色谱柱作为固相，其柱温的程序升温条件和质谱条件均与实施例4相同，经结果表明，采用DB-VAX极性色谱柱检测样品，色谱峰形易拖尾，出现柱流失情况，其萃取样品的检出率降低，表明本发明选用VF-WAXms色谱柱更适合检测高温热改性木材的挥发性气味物质，检测灵敏度高，分离效果好，结果准确度高。

对比例3

本对比例与实施例4的区别在于：步骤三：柱温的程序升温条件为：初始温度为60℃，以5℃/min升至150℃，以5℃/min升至210℃，保持1min，其余条件均与实施例4相同，经分析检测结果，其萃取样品的检出率为88.06％，表明控制固定相的一定程序升温条件，有利于提高高温热改性木材挥发性气味成分的检出率。

对比例4

本对比例与实施例4的区别在于：步骤二：将热改性木材粉末进行热水浴孵化，直接经顶空固相微萃取对热改性木材粉进行挥发气体的收集，其余条件均与实施例4相同，经分析检测结果，其萃取样品的检出率为81.06％，其热改性木材中醛类、酯类的成分的相对含量明显减少，表明将热水浴孵化与顶空固相微萃取结合，有利于提高热改性木材中醛类、酯类的成分萃取的效率和得率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。