周博雅，崔晨，方茂東，張?jiān)娊?，王?/p>

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

前言

隨著當(dāng)前社會(huì)的快速發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對(duì)健康的要求也越來越高。這一轉(zhuǎn)變表現(xiàn)為消費(fèi)者在選購汽車的時(shí)候，不再局限于動(dòng)力、安全、外觀、價(jià)格等因素，更加看重其健康環(huán)保性能。車內(nèi)氣味作為消費(fèi)者進(jìn)入座艙后最直觀感受到的信息，其好壞嚴(yán)重影響著汽車品質(zhì)。據(jù)某調(diào)研機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在2018-2019 年有過氣味投訴的車型中，有49%的用戶明確表示由于氣味問題不推薦該車型，車內(nèi)氣味對(duì)品牌推薦的影響程度不可小覷。

為改善車內(nèi)氣味問題，近年來國家有關(guān)政府部門、行業(yè)機(jī)構(gòu)及汽車制造企業(yè)在法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)制定、供應(yīng)鏈體系管控等方面開展了大量工作并取得了一定成效。然而，由于車內(nèi)氣味的復(fù)雜性，企業(yè)在車內(nèi)氣味改善方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)。目前汽車行業(yè)現(xiàn)行的氣味評(píng)價(jià)方法為主觀評(píng)價(jià)，此種方法受氣味評(píng)價(jià)員的主觀影響較大[1]，還存在個(gè)體差異大、穩(wěn)定性不佳、環(huán)境波動(dòng)大等缺點(diǎn)，此外，長時(shí)間連續(xù)評(píng)價(jià)還會(huì)給氣味評(píng)價(jià)員造成一定的身體健康危害。因此，氣味客觀化檢測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

電子鼻是一種模擬動(dòng)物嗅覺的電子系統(tǒng)，由上個(gè)世紀(jì)80年代開始發(fā)展起來的[2]。電子鼻可以對(duì)各種氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測分析，其優(yōu)點(diǎn)是重復(fù)性好、響應(yīng)時(shí)間短、測定范圍廣[3]，還能對(duì)某些不適應(yīng)用人鼻子鑒別的氣體進(jìn)行有效檢測，比如刺激性和有毒有害氣體。因此，以電子鼻為代表的氣味客觀檢測技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，并逐步應(yīng)用到環(huán)境、食品、化工、醫(yī)藥、汽車等領(lǐng)域[4]。

本文將基于光離子化傳感器（Photo Ionization Detector,簡稱PID）為主要檢測器的電子鼻對(duì)車內(nèi)揮發(fā)性污染物氣體進(jìn)行客觀檢測[5]，將其檢測結(jié)果與氣味強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，獲得氣味客觀強(qiáng)度；與此同時(shí)，對(duì)上述車內(nèi)氣體進(jìn)行主觀氣味評(píng)價(jià)，得到氣味主觀強(qiáng)度。將氣味主觀強(qiáng)度與氣味客觀強(qiáng)度結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，以此判定氣味客觀評(píng)價(jià)方法的結(jié)果有效性，為汽車行業(yè)車內(nèi)氣味評(píng)價(jià)技術(shù)提供方法參考。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料和儀器

（1）試驗(yàn)樣品：2018-2020 年市場主流車型30 款，包括自主品牌、合資品牌。

（2）試驗(yàn)材料：聚四氟乙烯管、10L PET 采樣袋、氮?dú)怃撈繗猓?9.99%）、質(zhì)量流量計(jì)、玻璃或不銹鋼材質(zhì)嗅杯。

（3）試驗(yàn)儀器：PID 電子鼻、肺吸式氣泵。

（4）試驗(yàn)人員：具備氣味評(píng)價(jià)專業(yè)證書的氣味評(píng)價(jià)員5人。

1.2 試驗(yàn)方案

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

本次試驗(yàn)將依據(jù)如下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試：

HJ/T 400-2007《車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測定方法》[6]；

ISO 12219-1：2012 Interior air of road vehicles-Part 1：Whole vehicle test chamber-Specification and method for the determination of volatile organic compounds in cabin interiors[7]；

T/CMIF13-2016《汽車車內(nèi)空氣的氣味評(píng)價(jià)規(guī)范》[8]；

T/CAS 406-2020《車內(nèi)空氣 氣味的評(píng)價(jià) 感官與光離子化檢測儀耦合分析法》[9]。

1.2.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

采用整車試驗(yàn)艙法，試驗(yàn)車輛樣品及環(huán)境艙應(yīng)按照 HJ/T 400-2007《車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測定方法》規(guī)定的方法進(jìn)行準(zhǔn)備及封閉過程[10]，方可進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)步驟。

PID 電子鼻開機(jī)預(yù)熱30min，之后進(jìn)行相應(yīng)檢測步驟。

1.2.3 氣體采樣

利用肺吸式氣泵，將車內(nèi)氣管、10L 采樣袋與之連接后進(jìn)行采樣，每款車型均采集3～5 袋車內(nèi)氣體樣品。

1.2.4 氣味客觀評(píng)價(jià)

（1）將PID 電子鼻調(diào)至零氣清洗狀態(tài)，待基線平穩(wěn)后方可進(jìn)行下步操作；

（2）將采樣袋與PID 電子鼻進(jìn)氣口相連接，氮?dú)怃撈繗獬鰵馑俣日{(diào)節(jié)至10L/min 后與PID 電子鼻快載氣接口相連接，將嗅杯與PID 電子鼻出氣口相連接；

（3）將PID 電子鼻調(diào)至快載氣主客觀評(píng)價(jià)狀態(tài)，由1位氣味評(píng)價(jià)員依次調(diào)節(jié)旋鈕刻度至不同稀釋倍數(shù)，一方面嗅辨不同稀釋倍數(shù)下的稀釋樣品氣味等級(jí)，另一方面PID 檢測儀將對(duì)不同稀釋倍數(shù)下稀釋樣品揮發(fā)性污染物濃度進(jìn)行檢測，將兩者數(shù)據(jù)分別記錄下來；

（4）其它4 位評(píng)價(jià)員依次重復(fù)上述操作，并將結(jié)果記錄下來；

（5）將PID 電子鼻調(diào)至原氣檢測狀態(tài)，記錄PID 檢測儀數(shù)值作為該樣品氣體的原始樣品氣體濃度；

（6）另取1 個(gè)該氣體樣品采樣袋，由5 位氣味評(píng)價(jià)員輪流進(jìn)行評(píng)價(jià)，記錄原始樣品氣味強(qiáng)度結(jié)果。

1.2.5 氣味主觀評(píng)價(jià)

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)T/CMIF13-2016《汽車車內(nèi)空氣的氣味評(píng)價(jià)規(guī)范》進(jìn)行氣味主觀評(píng)價(jià)，并將結(jié)果記錄下來。

1.2.6 氣味強(qiáng)度評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

車內(nèi)氣味強(qiáng)度評(píng)分等級(jí)分為1～6 級(jí)，見下表1。氣味評(píng)價(jià)員在給氣味強(qiáng)度評(píng)分時(shí)，可以給出0.5 級(jí)的評(píng)分等級(jí)[11]。

表1 氣味強(qiáng)度評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

2 理論基礎(chǔ)

2.1 氣體檢測原理

本文選取光離子化傳感器（PID）作為車內(nèi)氣體檢測的傳感器。光離子化傳感器是一種具有極高靈敏度、用途廣泛的氣體傳感器[5]，可以檢測從1ppb 到10000ppm 的揮發(fā)性有機(jī)物和其他有毒氣體。此外，PID 對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物靈敏度很高，僅為1ppb。

凡是電離勢(shì)能（Ionization Potential，簡稱IP）低于PID自身的紫外輻射能量（常見10.6eV 或11.7eV）的氣體均可被檢測到[12]，這是PID 的檢測原理。依據(jù)此原理可知，PID可檢測的氣體物質(zhì)覆蓋車內(nèi)大多數(shù)的揮發(fā)性有機(jī)物（86%～95%），包括芳香烴類、酮類、醛類、氯代烴類、胺及胺類化合物和不飽和烴類等，因此可用于對(duì)車內(nèi)氣體的檢測。

2.2 氣味客觀評(píng)價(jià)原理

氣味強(qiáng)度是人的嗅覺對(duì)氣味的心理感受程度，是對(duì)氣味強(qiáng)弱程度的一種描述。在20 世紀(jì)人們對(duì)于氣味的研究中，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)心理學(xué)的方法，發(fā)現(xiàn)對(duì)于中等強(qiáng)度的刺激，人的氣味感覺強(qiáng)度與刺激強(qiáng)度之間的關(guān)系符合韋伯-費(fèi)希納定律，即當(dāng)刺激強(qiáng)度以幾何級(jí)數(shù)增加時(shí)，感覺強(qiáng)度以算術(shù)級(jí)數(shù)增加[13]。其關(guān)系式為：

式（1）中：

I 為氣味強(qiáng)度，無量綱；

k 為常數(shù)，無量綱；

C 為刺激強(qiáng)度，即臭氣濃度，無量綱。

由于氣味強(qiáng)度與嗅閾值密切相關(guān)，某種氣味物質(zhì)的嗅閾值越低，表明其越能被人的嗅覺器官感受到，其氣味強(qiáng)度越大，故臭氣濃度通常用閾稀釋倍數(shù)表示，即氣味物質(zhì)的物質(zhì)濃度除以該污染物的嗅閾值[14]。

常數(shù)k 是由污染物的性質(zhì)所決定的，對(duì)于同一污染物，k為常數(shù)。而車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物為混合物，其強(qiáng)度與物質(zhì)種類有關(guān)。由于同款車型的氣體物質(zhì)組成可近似看作固定不變，因此在同款車型中可把k 視為常數(shù)值。此外，在實(shí)際評(píng)價(jià)中，氣味強(qiáng)度為1 的樣品幾乎不存在，因此該模型在y 軸應(yīng)具有截距。由此，基于韋伯-費(fèi)希納定律的車內(nèi)氣味客觀強(qiáng)度計(jì)算模型可表示為：

式（2）中：k、b 為常數(shù)，無量綱。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 氣味客觀評(píng)價(jià)結(jié)果

依據(jù)1.2.4 的試驗(yàn)步驟開展30 款主流車型的氣味客觀評(píng)價(jià)，其氣味客觀強(qiáng)度結(jié)果如下表2 所示。

表2 30 款車型氣味客觀強(qiáng)度結(jié)果

3.2 氣味主觀評(píng)價(jià)結(jié)果

依據(jù)1.2.5 的試驗(yàn)步驟開展30 款主流車型的氣味主觀評(píng)價(jià)，其氣味客觀強(qiáng)度結(jié)果如下表3 所示。

表3 30 款車型氣味主觀強(qiáng)度結(jié)果

3.3 氣味主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果分析

將上述氣味主客觀強(qiáng)度結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，見下表4。

表4 30 款車型氣味主客觀強(qiáng)度對(duì)比結(jié)果

由表4 和圖1 可以看出，氣味主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果偏差在±0.4級(jí)以內(nèi)，顯著優(yōu)于人工主觀評(píng)價(jià)誤差0.5 級(jí)。其中，93.3%的車型氣味主客觀偏差在±0.3 級(jí)以內(nèi)，26.7%的車型氣味主客觀結(jié)果完全一致。該結(jié)果證明了基于PID 電子鼻的氣味客觀評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確度較高。

圖1 整車氣味主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比圖

由圖2 可以看出，30 款車的氣味主觀和客觀強(qiáng)度結(jié)果均位于區(qū)間[2.5，4.5），且主要分布在區(qū)間[3.0，4.0），車型數(shù)量分別為24 和22；二者位于區(qū)間[2.5，3.0）的車型數(shù)量差異顯著，車型數(shù)量分別為1 和5。由此可以看出，氣味客觀強(qiáng)度結(jié)果明顯好于氣味主觀評(píng)價(jià)結(jié)果。此外，由于氣味客觀評(píng)價(jià)結(jié)果可以精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，比起氣味主觀評(píng)價(jià)的半級(jí)打分制，其結(jié)果更加精確。

圖2 整車氣味主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分布圖

4 結(jié)論

（1）針對(duì)30 款車型進(jìn)行氣味主客觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)，得到氣味客觀強(qiáng)度偏差在±0.4 級(jí)以內(nèi)，顯著優(yōu)于氣味主觀強(qiáng)度誤差±0.5 級(jí)；

（2）分析30 款車型的氣味主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果，可以看出氣味客觀強(qiáng)度結(jié)果明顯好于氣味主觀評(píng)價(jià)結(jié)果，且由于氣味客觀評(píng)價(jià)結(jié)果可以精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，比起氣味主觀評(píng)價(jià)的半級(jí)打分制，其結(jié)果更加精確，更適應(yīng)當(dāng)前車內(nèi)氣味管控水平的發(fā)展趨勢(shì)。