鹿英爽，沈 雋，王啟繁

（東北林業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

隨著生活質(zhì)量的提高，人們健康意識普遍增強，對室內(nèi)空氣質(zhì)量要求也越來越高。世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)顯示，室內(nèi)空氣污染形勢依然嚴峻，每年因室內(nèi)空氣污染致死人數(shù)高達160 萬人[1]。而家具板材中釋放出的有害氣體是污染室內(nèi)空氣的重要原因，板材的環(huán)保質(zhì)量直接影響人體健康，因此對家具制作板材的選取與評價有著十分重要的意義，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量刻不容緩[2]。

模糊綜合評判法在環(huán)境質(zhì)量評價領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛[3-4]。李德立[5]等在水環(huán)境的綜合評價中，通過建立因素集、評價集、權(quán)重集和隸屬度函數(shù)，實現(xiàn)對水體質(zhì)量的綜合評價和排序；李素峰等[6]通過建立隸屬度矩陣、權(quán)重矩陣、模糊矩陣并運用插值法來對空氣質(zhì)量進行綜合評價；卜程洪[7]通過建立地表水等級的隸屬度、參評水質(zhì)因子權(quán)重，對水質(zhì)綜合評價；馮雪萍[8]等通過建立模糊矩陣、隸屬度函數(shù)，確定評價指標，評價分級，科學(xué)評價山西省地質(zhì)環(huán)境并對其進行分區(qū)。實踐證明，模糊綜合評判是有效的多因素綜合評價方法[9-11]。

目前家具制造業(yè)使用的板材所釋放出的氣味化合物種類繁多，且濃度、強度、毒性各不相同，很難找出一種科學(xué)的綜合評價方法，本研究采用模糊綜合評判法進行數(shù)學(xué)建模，通過建立因素集，評價集以及氣味化合物的隸屬度函數(shù)[12-13]，并參照物質(zhì)的濃度和毒性，最終對其氣味質(zhì)量進行綜合評價。

1 材料與方法

1.1 材 料

使用廣州某企業(yè)生產(chǎn)的三聚氰胺貼面刨花板與其素板，密度為0.60 g/cm3，產(chǎn)品初始尺寸為 1 200 mm×2 440 mm×8 mm。廣東索菲亞家具廠生產(chǎn)的中密度纖維板及其素板,密度為0.74 g/cm3， 其初始尺寸為1 200 mm×1 200 mm×8 mm。試驗前將板材裁剪成直徑為60 mm 的圓形試件4 塊，為防止板材邊部釋放氣味化合物，將樣品邊部用鋁制膠帶封邊處理。封邊后對板材進行真空密封處理，置于-30℃的冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 儀 器

微池?zé)彷腿x：型號為M-CTE250，產(chǎn)自英國Markes 國際公司。Tenax-TA 吸附管：產(chǎn)自英國Markes 公司。DSQII 氣相質(zhì)譜色譜聯(lián)用儀（GCMS）：產(chǎn)自美國Thermo 公司。Sniffer 9100 嗅味檢測儀：產(chǎn)自瑞士Brechbuhler 公司，型號為Sniffer9100。

1.3 方 法

將解凍好的試件放入圓形微池萃取儀中，測試前對裝置進行氣密性檢查。以8 h 為采樣循環(huán)周期，待樣品穩(wěn)定后，將Tenax-TA 采樣管插進測試艙采樣。采集好的樣品以自動進樣器和熱解析脫附儀相聯(lián)合的方式對采樣管內(nèi)的氣味化合物進行熱脫附進樣，解析樣品同時進入氣相質(zhì)譜色譜聯(lián)用儀（GC-MS）和Sniffer 9100 嗅味檢測儀，本試驗選GC-O 的分析方法中的時間強度法，在色譜出峰的同時，嗅辨員從ODP 端口感知并描述色譜柱流出組分，同時記錄各流出組分的氣味出現(xiàn)時間、氣味類型、氣味強度。實驗做兩組，取其平均數(shù)據(jù)，剩余兩塊板材為備用板，當(dāng)數(shù)據(jù)偏差較大時使用。嗅辨員對氣味強度的判斷參照表1。

表1 氣味強度判別標準（日本）Table 1 Odor intensity criteria (Japan)

同時，根據(jù)世界衛(wèi)生組織標準[14]來劃分化合物的急性毒性，見表2。

表2 世界衛(wèi)生組織（WHO）外來化合物急性毒性分級Table 2 Acute toxicity classification of compounds by World Health Organization (WHO)

2 試驗結(jié)果

表3 為三聚氰胺貼面刨花板、素板特征氣味化合物的毒性分級、氣味特征以及氣味強度。表4為三聚氰胺貼面膠合板及其素板特征氣味化合物的毒性分級，氣味特征以及氣味強度。

表3 三聚氰胺貼面刨花板、素板氣味特征化合物組分Table 3 Odorant compounds components of melamine-veneered particleboard and particleboard

表4 三聚氰胺貼面中纖板及其素板氣味特征化合物組分Table 4 Odorant compounds components of melamine-veneered MDF and MDF

3 板材的模糊綜合評判

3.1 評價體系的建立

以三聚氰胺貼面刨花板為例構(gòu)建一種具有遞進層次結(jié)構(gòu)的評價體系[15-16]，各層指標經(jīng)過加權(quán)平均確定最終目標。將氣味模糊綜合指數(shù)當(dāng)作最終目標，構(gòu)建純凈，良好，合格，較差，很差5個級次的評價體系，這里最高層體系氣味模糊綜合指數(shù)是要評估的最終結(jié)果，為目標層。第二層中化合物是WHO 公布的致癌物，為相互較為獨立的綜合影響因素，其毒性分級關(guān)乎權(quán)重系數(shù)，具體毒性分級見表2。它既是下一層基本影響因素的結(jié)果，又是產(chǎn)生目標層的原因，是承上啟下的層次，為準則層。第三層也就是氣味強度，毒性，濃度，為指標層，它們是最基本的影響因素，相互獨立，但又都交叉影響著準則層，可單獨或同時對準則層因素產(chǎn)生影響。層次結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足內(nèi)部獨立的遞階層次需求，具體結(jié)構(gòu)見圖1。按照此結(jié)構(gòu)劃分，通過指標層中氣味強度，毒性，濃度的計算得出準則層中化合物的權(quán)重系數(shù)，并通過準則層中權(quán)重系數(shù)以及隸屬度進一步得出目標層中氣味模糊綜合指數(shù)。層層遞進的關(guān)系使得各評價因子相互關(guān)聯(lián)，均衡考慮在評判體系中，使最終評判結(jié)果更精準。

目標層中氣味模糊綜合指數(shù)的計算公式P=B·S，其中B為模糊綜合評判結(jié)果，即計算出的各等級隸屬度，S為板材級別標準向量，S=（1,2,3,4,5）T，根據(jù)這一構(gòu)造，P的取值為1～5之間，最小值為1，最大值為5,。只有當(dāng)板材各等級隸屬度都達到一類標準時，P才等于1。當(dāng)各等級隸屬度都大于或等于第五類等級時，P才等于5，其余情況下，1 ＜P＜5.如果綜合評價結(jié)果仍要以5 類去表示，那么可采用表5 的標準進行劃分。

表5 板材氣味評價等級Table 5 Odor rating of boards

評價結(jié)果可通過氣味模糊綜合指數(shù)來確定。當(dāng)評價結(jié)果為純凈或良好時，表明板材對人體健康影響較小，可放心使用。當(dāng)評價結(jié)果為合格時，表明板材對人體健康有影響，可采取措施提高質(zhì)量后再使用。當(dāng)評價結(jié)果為較差或很差時，表明板材氣味對人體健康有較大影響，不建議使用。

3.2 氣味強度指數(shù)

插值法是一種常見數(shù)學(xué)函數(shù)方法，用于彌補數(shù)據(jù)中不完整，有缺失等缺陷，解決了數(shù)據(jù)不連續(xù)問題。氣味強度指數(shù)的計算采用線性內(nèi)插法[17]，其公式為：

式中，Ii為某氣味化合物的氣味強度指數(shù)，Ci為該氣味化合物的氣味強度，Ijmin為第i個氣味化合物在該等級下的最小值，Sij(2)與Sij(1)分別表示在氣味化合物氣味強度分級標準表中最貼近其測出的氣味強度的兩個值。計算出的氣味強度指數(shù)相對于原始實驗數(shù)據(jù)可以更加準確地反映化合物的氣味強度。在表3 中，苯的Ci為0.75，Ijmin為0，Sij(2)與Sij(1)分別為1,0，將其帶入公式（1）中，得出：

I苯=0+(0.75-0)/(1-0)=0.75

其他氣味化合物的氣味強度指數(shù)同理，可得到對二甲苯，1,3-二甲基苯，萘，1-甲基萘，二苯并呋喃，乙酸丁酯，己醛的氣味強度指數(shù)分別為1.00，0.75，1.75，1.00，1.00，0.50，1.00。

3.3 模糊綜合評判模型建立

3.3.1 因素集與評價集建立

因素集就是參與評價板材釋放的n個氣味化合物的氣味強度，即U={U1,U2,…Un}。評價集是各個氣味化合物氣味強度標準等級的集合。即V={V1,V2,…Vn}。

3.3.2 隸屬度函數(shù)建立

隸屬函數(shù)是化合物氣味強度和板材質(zhì)量評價標準的函數(shù)，可按如下方法分析確定：

當(dāng)x從mj變化到mj+1時，x對m（j）標準集隸屬度逐漸減至為0，而對m（j+1）代表集的隸屬度逐漸增加至1，為簡化計算，設(shè)其變化函數(shù)為線性。

當(dāng)x恰好變化至界限值mj時，1 ＜j＜m，其對mj代表的質(zhì)量標準集的隸屬度為1。mj按兩相鄰質(zhì)量標準集的平均數(shù)取值，故給出的隸屬函數(shù)如下：

當(dāng)J=1 時

式中rij表示第i種污染物的氣味強度可以被評為第j類板材的可能性，即i對j的隸屬度。Ii為氣味強度指數(shù)，m為氣味評價等級數(shù)，因共有5個氣味等級，故本文中取m=5，帶入（2），（3），（4）后得到下式：

將苯按照公式帶入可得苯在各等級下的隸屬度：

同理得出其余氣味化合物在5個等級下的隸屬度，并制成表6。

IL21基因多態(tài)性與云南漢族人群非小細胞肺癌的相關(guān)性 … ………………… 趙 淦，等(10):1227

3.3.3 化合物毒性權(quán)重建立

權(quán)重體現(xiàn)了各因素在評價過程中對評價目標不同的重要程度。權(quán)重的確定方法是否合理，對評價結(jié)果有著重要影響。本方法結(jié)合了化合物毒性與濃度綜合確定權(quán)重系數(shù)。參照表2，依據(jù)毒性分級確定毒性權(quán)重，設(shè)整體為1，微毒為X，低毒為2X，中毒為3X，高毒為4x，劇毒為5x。然后列出下述公式：

2x+x+2x+3x+2x+2x+x+2x=1 解出x=1/15

表6 氣味化合物各等級隸屬度Table 6 Odorant compounds subordinate degrees of each rank

由此得出苯的毒性分級權(quán)重系數(shù)1/15×2= 2/15，同理計算出對二甲苯的毒性分級權(quán)重系數(shù)為1/15，1,3-二甲基苯為2/15，萘為3/15，1-甲基-萘為2/15，二苯并呋喃為2/15，乙酸丁酯為1/15，己醛為2/15。

由于濃度也是影響最后平均權(quán)重系數(shù)的重要因素，可能氣味化合物的毒性很高，但濃度很低，將化合物的濃度除以其PC-TWA（8 h 時間加權(quán)平均容許濃度）[18]，再與毒性分級權(quán)重系數(shù)相乘得出最終的平均權(quán)重系數(shù)。例如：

苯的平均權(quán)重系數(shù)為：

X1=8.91×2/15/6000/(8.91×2/15/6000+133.9 5×1/15/50000+80.79×2/15/50000+69.56×3/15/ 50000+15.16×2/15/60000+11.42×2/15/500+77.1×1/15/200000+16.58×2/15/500)=0.0236

同理得出三聚氰胺貼面刨花板其余氣味化合物與三聚氰胺貼面中纖板的權(quán)重系數(shù)，詳見表7與表8。

表7 與表8 的權(quán)重綜合了毒性，濃度以及化合物接觸極限值，減少了主觀法的不準確性，可以較好地反映出各化合物對板材相對重要程度的信息。

3.3.4 綜合評判

將氣味化合物的各等級隸屬度矩陣與其權(quán)重系數(shù)相乘，即可得到各評價等級的隸屬度，其結(jié)果為向量。為消除量綱影響，將其歸一化，并根據(jù)最大隸屬度原則判斷評價等級。其公式為：

表7 三聚氰胺貼面刨花板權(quán)重系數(shù)Table 7 Power index of melamine-veneered particleboard

表8 三聚氰胺貼面中纖板化合物權(quán)重系數(shù)Table 8 Power index of melamine-veneered MDF

其中bj為各評價等級隸屬度，為歸一化后的結(jié)果。Wi為氣味化合物的權(quán)重。

將表5 中，8 種化合物5個等級下的隸屬度，分別與表7 中其權(quán)重系數(shù)對應(yīng)相乘并代入公式（5）和（6）得到下式：

同理，b2=0.958 4，b3=0.880 9，b4=0.800 9，b5=0.720 9

b′1=0.886 4/4.247 5=0.208 7

同理，b′2=0.225 6，b′3=0.207 4，b′4=0.188 6，b′5=0.169 7

B={0.208 7，0.225 6，0.207 4，0.188 6，0.169 7}

其中B為模糊綜合評判模型評價結(jié)果。

根據(jù)最大隸屬度原則[19]，取b′1，b′2，b′3，b′4，b′5中的最大值，判斷三聚氰胺貼面的刨花板評級等級為二級，選用板材對人體基本無傷害。

氣味模糊綜合指數(shù)亦可以客觀地反映評價等級，其計算公式為：

代入以上計算結(jié)果到公式（7）得出P=2.885 0，參照表5，可判斷板材為二級，質(zhì)量為良好，驗證了前面的評價結(jié)果。同理得出刨花板素板，三聚氰胺貼面膠合板及其素板的對比評價結(jié)果，詳見表9。

表9 三聚氰胺貼面刨花板與中纖板及其素板對比評定結(jié)果Table 9 Comparative evaluation results ofmelamine-veneered particleboard,melamine-veneered MDF,particleboard and MDF

3.4 評判結(jié)果與討論

根據(jù)表7，在三聚氰胺貼面刨花板評價中，己醛的權(quán)重系數(shù)為0.526 6，高于其他化合物，對板材的影響程度最大。根據(jù)表8，在三聚氰胺貼面中纖板板評價中，苯的權(quán)重系數(shù)為0.359 3，高于其他化合物，對板材的影響程度最大。根據(jù)表3，刨花板素板中釋放了大量以芳香族化合物為主的有害物質(zhì)，且平均氣味強度高于三聚氰胺貼面刨花板。從表9 的評價結(jié)果來看，兩種板材素板的氣味綜合質(zhì)量評價等級均為三級，經(jīng)過貼面處理后的氣味綜合質(zhì)量評價等級均為二級。參照表5，兩種板材素板的質(zhì)量描述為合格，三聚氰胺貼面處理后的兩種板材的質(zhì)量描述為良好，且兩種板材素板相比三聚氰胺貼面處理后模糊綜合指數(shù)均偏高，證明素板的危害性要高于三聚氰胺貼面刨花板。三聚氰胺貼面中纖板的模糊綜合指數(shù)2.977 3，高于三聚氰胺貼面刨花板。中纖板素板的模糊綜合指數(shù)為3.061 3，亦高于刨花板素板，證明本實驗選用的中纖板危害性稍高于刨花板。

模糊綜合評判用隸屬度進行定量分析，用權(quán)重得到了各評價等級的隸屬度，用該方法對板材的危害性進行評估，鑒定結(jié)果比較準確。將質(zhì)量進行分級，并根據(jù)板材中釋放出的不同氣味化合物，有針對性進行治理。它用科學(xué)的定量手段刻畫板材質(zhì)量評價中定性問題，又將其還原為等級評價和各評價指標的定量表示，使定性與定量分析較好融合，是一種較好的分析方法。

4 結(jié) 論

1）模糊綜合評判在板材氣味評價中既可對板材進行總的質(zhì)量評價，又可對單一影響因素進行評價，可以快速客觀反映板材優(yōu)劣。通過模糊綜合指數(shù)大小的比較，本研究所使用的板材，素板危害性高于刨花板，中纖板危害性稍高于刨花板。

2）依據(jù)最大隸屬度原則確定的評價等級越靠前，模糊綜合指數(shù)越小，板材的危害性越低。家具選材時可先選取適量板材對其評定，依據(jù)綜合評定結(jié)果進行購買，有一定的現(xiàn)實意義。

3）模糊綜合評判在板材氣味評價中有著良好的應(yīng)用前景和推廣價值，在評判過程中可通過軟件或函數(shù)進行快速模糊綜合評價。