Determination of Formaldehyde and VOCs in Wood-based Products using an Automated Micro-Scale Chamber

Význam tématu

Analýza emisí formaldehydu a těkavých organických sloučenin (VOCs) ze dřevěných materiálů je klíčová pro ochranu zdraví uživatelů v interiérech. Formadehyd dráždí dýchací cesty a je klasifikován jako pravděpodobný karcinogen. Monitoring a modelování emisí umožňují optimalizovat výběr materiálů v průmyslu a stavebnictví.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo vyvinout plně automatizovanou metodiku mikroškálové komorové analýzy emisí formaldehydu a VOCs z dřevěných vzorků bez nutnosti homogenizace a ruční výměny sorpčních trubic. Metoda kombinuje derivatizaci DNPH pro nízkomolekulární aldehydy a adsorpci na Tenax TA pro VOCs a umožňuje sledování emisí v čase.

Použitá instrumentace

• Automatizovaný mikroškálový komorový systém GERSTEL DHS Large (objem 1 L, regulace teploty 23 ± 1 °C, RH = 0 %).
• DNPH trubice ORBOTM-DNPH (120 mg DNPH na silikagelu).
• Tenax® TA trubice pro adsorpci VOCs.
• Thermal Desorption – GC/MS: TDU (275 °C), kolona Rxi-5ms, detektor MSD (33–300 amu).
• HPLC-DAD: kolona Nucleoshell RP18, gradient voda/acetonitril, detekce při 360 nm.

Použitá metodika

Vzorky (OSB, MDF, dýha, dětské hračky) o ploše 6×9 cm umístěné vertikálně do komory se purgovaly syntetickým vzduchem při povrchovém průtoku 0,2778 m³/m²h (n = 3/h). Pro aldehydy se vzali 3 L plynu na DNPH trubici, eluovaly 2 mL acetonitrilu a analyzovaly HPLC-DAD. Pro VOC se 500 mL plynu adsorbovalo na Tenax TA, vzorky se termicky desorbovaly a analyzovaly GC/MS. Sledovaly se kalibrace, linearita, LOD/LOQ podle DIN 32645, opakovatelnost a časový profil emisí.

Hlavní výsledky a diskuse

• Linearity doprostřed 0,01–15 µg/mL DNPH standardů (R² > 0,999) a LOD/LOQ formaldehydu 0,0014/0,0046 µg/mL (1 µg/m³/3 µg/m³).
• Obnova formaldehydu na 102 % (RSD 6 %) a acroleinu 82 % (RSD 12 %) s metodou mikrokomory.
• OSB emitovalo více vyšších aldehydů (hexanal až 191 µg/m³), MDF střední formadelhyd (33 µg/m³) a dýha velmi vysoký formaldehyd (147 µg/m³).
• U dětských puzzlí a bloků se formadelhyd pohyboval od < LOQ do 32 µg/m³, hexanal až 77 µg/m³.
• Sledování emisí MDF po 72 h ukázalo pokles formaldehydu z 9 na 4 µg/m²h a TVOC z 399 na 182 µg/m²h, modelování trendové křivky umožnilo predikci emisí po 28 dnech.

Přínosy a praktické využití metody

Automatizované mikrokomorové řešení šetří čas, náklady a práci při testování nových materiálů a výrobních šarží v QA/QC, umožňuje paralelní odběr DNPH a Tenax vzorků a sledování emisí v reálném čase. Je vhodné pro rapidní screening i pro experimentální budování emisních modelů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Automatizace elučního kroku a přímá integrace HPLC do systému pro plně bezobslužný provoz.
• Rozšíření metodiky o vliv vlhkosti a teploty na emise karbonylů a VOCs.
• Vývoj prediktivních modelů emisí založených na c-history a dalších environmentálních parametrech.

Závěr

Vyvinutá metoda mikrokomorové analýzy s GERSTEL DHS Large kombinuje derivatizaci DNPH a adsorpci na Tenax TA, poskytuje spolehlivá data o emisích formaldehydu, vyšších karbonylů a VOCs z dřevěných materiálů a hračky. Umožňuje rychlý screening i dlouhodobé studie emisního chování a slibuje další automatizaci a modelování.

Reference

• Salthammer T., Mentese S., Marutzky R., Chemical Reviews, 2010, 110, 2536–2572.
• ISO 16000-3, 2011.
• ASTM D5197-09, 2010.
• AgBB Scheme, Umweltbundesamt, 2015.
• ISO 16000-6, 2010.
• ASTM D6007-14, 2014.