A TERMELÉSI FOLYAMAT MINÕSÉGKÉRDÉSEI, VIZSGÁLATOK 2.4 2.5
Az olfaktometria (szagmérés) mint textíliák és kikészítőszereik minőségvizsgálatának kiegészítő módszere Tárgyszavak: minőségvizsgálat; textília; szagmérés; olfaktometria; textilkikészítés.
Néhány év óta forgalomban vannak a szagérzékeléssel összefüggésben módosított textiltermékek, ti. – olyan szagcsökkentő anyaggal tartósan kezelt kelmék, amelyek mint pl. a ciklodextrin a verejték oxidatív úton vagy bakteriálisan kellemetlen szagú vegyületekké átalakított összetevőit szagtalanokká bontják le vagy részben megkötik, – másfelől illatosított textíliák (leginkább sálak), amelyek hosszabbrövidebb időtartamú bőrön át ható kollektor/donor-rendszer segítségével illatanyagot adnak le.
Szagok és szagmérés az iparban A hibás vagy hanyag kikészítésnek is maradhat a textílián kellemetlen nyoma, így pl. halszag a gyűrődésgátló kezelés és avas szag a mintanyomás után. A szagmentesség mind hangsúlyosabb követelmény lakás- és autótextíliákkal szemben; a gyógykezelésben is kívánatos az anyagok szagmentessége. A textilipari olfaktometria keretében minőségi, mennyiségi, szubjektív és hedonisztikus (élvezeti) szagmérő, ill. szagok hiányát megállapító módszerekkel és eszközökkel dolgoznak, ill. kísérleteznek. Szagmérést már régebben használnak a textilgyárak szagképződéssel, ill. szagmegkötéssel járó termelési folyamatok, valamint szennyvíz és szennylevegő ellenőrzésére.
A szagmérés (olfaktometria) elmélete és alkalmazása A szorosabb értelemben vett olfaktometria a „szagos” anyagok általi ellenőrzött expozíciót és az emberi szaglás minőségi és mennyiségi értékelését jelenti. Az emberi szagérzékelés az orrnyálkahártya szagló epitéliumában (regio olfactoria) levő 10–25 millió szaglósejt ingerlésén alapul. Intenzitása a szagló epitéliumhoz eljutó szaganyagok fajtájától és mennyiségétől függ, ezen belül azonban egyénileg különböző – mind a szagfelismerés küszöbe (határértéke), – mind a szagbenyomás értékelése. Ezért a szagméréseket a statisztikus ingadozások kiegyenlítésére többszemélyes csoportokkal végeztetik. Figyelembe kell venni a fiziológiás megszokást is mint az érzékelés túlzott szaghatás általi gyengülését.
A szubjektív értékelés skálái Szagok (illatok, bűzök) megítéléséhez különféle értékskálák vannak használatban. Az 1997. évi 3882. sz. VDI-irányelvben közölt skála (1. táblázat) számait a vizsgáló saját szagérzetéhez rendeli. 1. táblázat A 3882. sz. VDI-irányelv szagérzési skálája Szag Rendkívül erős Igen erős Erős Határozott Gyenge Igen gyenge Nem érzékelhető
Intenzitási fokozat 6 5 4 3 2 1 0
Az olfaktoros értékelés másik, ugyancsak szubjektív módszere szerint a vizsgálók ismert koncentrációjú mintákat minősítenek egy 2001ben ismertetett ingerspektrum szerint (2. táblázat).
2. táblázat Ingerspektrum olfaktometriás vizsgálathoz –4, –3, –2 Rendkívül kellemetlen
–1, 0, +1
+2, +3, +4
Nem kellemes, nem is kellemetlen
Rendkívül kellemes
Az ún. hedonisztikus megközelítés hét primer szagot definiál (3. táblázat). 3. táblázat A primer szagok felosztása Primer szag
Vegyület
Ismert példa
Kámforos Mosusz jellegű Virágillat „Erős és hideg” „Éterikus” Szúrós „Rothadó”
Kámfor 15-penta-dekanolid Fenil-etil-metil-metanol Mentol 1,2-diklór-etán Hangyasav 1-bután-tiol
Molyirtó Angyalgyökér (Angleica silocotris) Rózsa Borsmenta Nyugtató bőrápoló Jégecet Záptojás
A mennyiségi szagmeghatározást szolgálja az ún. szagküszöb definiálása, amely a 3881. sz. VDI-irányelv szerint a szaganyagnak a szagérzetet kiváltó legkisebb koncentrációja. Nemzetközi megegyezés szerint az a koncentráció, amelyet a vizsgáló személy a minták 50%-ában érzékel. Az „elektronikus orrként” ismert berendezésekben egy-egy molekulára specifikus fémoxid-félvezető vagy rezgőkvarc-érzékelők sorozata detektálja a szaganyagot, és erről jelet küld a vevőkészülékbe. Ezek az eszközök nyilvánvalóan csak a felépítésükkel adott spektrumon belüli szagmolekulát mutatják ki, ismeretlen összetételű vagy definiálatlan szagok elemzésére nem alkalmasak. A szagérzékelés küszöbével egyenlő, ún. szagérték (Geruchswert, GW) definíciószerűen GW =
EW 2n
ahol EW = bemérés (Einwage), mg/m3, n = azoknak a feles hígításoknak a száma, amelyeknek utolsó koncentrációjában még érezhető a szag.
Ha pl. 100%-osnak tekintett bemérés esetén 4 hígítás után szűnik meg a szagérzet, akkor a szagérték 6,25%. Ismert szaganyag-bemérésből ki lehet számítani az anyagnak azt a mennyiségét, amennyit a szagküszöb eléréséig érzékelni lehet belőle.
Új olfaktometriás eljárás Az Észak-Német Textilkutató Központ (Deutsches Textilforschungszentrum Nord West, DT NW) új szagmérő eljárása – az ismert, sokszor túl költséges és munkaigényes módszerekkel szemben – az üzemi gyakorlat számára készült, egyszerűen alkalmazható, és gyors eredményekkel segíti a termelést. Eszerint először kalibrálás céljából a vizsgálandó anyag ismert mennyiségét az olfaktométerben meghatározott körülmények között addig hígítják, amíg a vizsgálócsoport már nem érzékel szagot. Az alkalmazott LABC-Labortechnik gyártmányú készülék szagsemleges gázként szintetikus levegőt használ, amelynek nyomását elektronikus manométer méri. A kalibráló szagküszöb-meghatározáshoz egy teflonbevonatú szilikonlappal elzárt, enyhén légritkított palackba beinjektálják a vizsgálandó anyag ismert, de olyan kis mennyiségét, amellyel még nem következik be kondenzáció. A beinjektálást 24 óra után követő méréshez két férfiből és három nőből álló, 24…50 éves csoportot kell kiválasztani, arra kérve őket, hogy a vizsgálat előtti nap folyamán ne használjanak illatszert, és ne fogyasszanak erős szagú ételt. A mérőpalackot a zárólapon a kanüllel a szintetikus levegő palackjával összekapcsolt olfaktométerhez kötik, amelyhez egy másik kanüllel a manométer csatlakozik. Az olfaktométerhez tartozó adagoló hurok alkalmas az 1,0±0,05 bar nyomású „szintetikus levegő” felvételére. A szelep átállításával a palack tartalmának nyomása egy orrmaszkon át egyenlítődik ki. A kiáramlás 30 másodperce alatt kell a vizsgálónak a szag érzékelésére vonatkozó pozitív vagy negatív válaszát (csak igen/nem-döntését!) megadnia. A következő szelepnyitásig és kiáramoltatásig 30 s-t kell várni, és mindezt ebben az ütemezésben hígítások során át, addig ismételni, amíg a vizsgáló már nem érez szagot. A szagérzetet kiváltó hígítások számának és a kezdeti koncentrációnak az ismeretében az (1) egyenletből kiszámítható a szagküszöb mg/cm3 értéke. Fontos még a kalibrálás előtti kísérletekkel meghatározni, hogy hány hígításra van szükség, amíg egy anyag ismert mennyiségének, ill. koncentrációjának szaga már nem érezhető. Ennek az „olfaktoros ablaknak”
célszerűen három és tizenöt hígítás között kell lennie, ebben az értéktartományban megbízható a mérés és a vizsgálók terhelése sem túl nagy.
Mérések abszorbenseken és textilmintákon A módszer kipróbálására a textilkikészítés, ill. kikészítő adalékok szagcsökkentő hatását határozták meg, elvben az előbbiekben leírtak szerint. A textíliát vagy szagmegkötő anyagot (amelynek 3%-nál kisebb térfogata a koncentrációszámításnál elhanyagolható) a szaginjekció előtt elhelyezték a palackban. Az előkísérletekhez a textilipari gyakorlatban szereplő anyagok mintáit választották: 1 – külső, szagsemleges referenciaként tisztított kvarchomok, 2 – 1 g β-ciklo-dextrin por, 3 – 1 g kitozánpehely (99%-osan deacetilálva), 4 – 30 mg Zeocat PZ-2/400 márkanevű zeolit, fajlagos felülete 400 m2/g, 5 – 6,1 tömeg%-nyi monoklórtriazinil-ciklo-dextrinnel kezelt 1,6 g tesztgyapot, 6 – 5,9 tömeg%-nyi citozánnal kezelt 1,6 g tesztgyapot, 7 – 5,2 tömeg%-nyi poli-(vinilamin)-nal kezelt 1,6 g tesztgyapot, 8 és 9 – lenolajjal mint kötőanyaggal kezelt textilnyomat (1 g) + 1 g ciklo-dextrin, ill. citozán, 10 és 11 – karosszéria-hangszigetelő anyag (1 g) + 1 g ciklo-dextrin vagy 1 g citozán. A kezdeti anyagmennyiséget, 1 µl toluolt az egyensúly beálltáig, 24 órára rázógépbe tették. Az előkísérletek tanúsága szerint a hibás gyártási tételekből származó 8…11 minták szaga még húsz hígítás után is érezhető volt, 15-szöri hígítás mellett döntöttek, viszonyítási textilminták hiányában pedig ilyen vizsgálati minták esetében az abszorbeáló rendszerekhez csak a kvalitatív megkötőképességet vették figyelembe. Eredmények Az öttagú csoport toluolra, amelyből 1 µl a 120 cm3-es palackban 7267 mg/m3-es sűrűségnek felelt meg, 60 mg/m3-es átlagos szagküszöböt mért (egy 1999. évi közlemény 0,6 és 153 mg/cm3 közötti értékeket ad meg.) A toluol olfaktoros ablaka eszerint 60-tól 7267 mg/m3-ig terjed (1. ábra). A toluol szagának eltűnéséhez szükséges hígítások száma különböző abszorbensekre – azok különböző mennyisége ellenére – nem tér el számottevően (2. ábra).
10 OE+02
szagküszöb, mg/m3
8 OE+01 6 OE+01 4 OE+01 2 OE+01 0 OE+00 A
B
C
D
E
csoport
vizsgálók
1. ábra Toluol kísérleti szagküszöbe 8 7 higítási fok
6 5 4 3 2 1 0 1
2
3
4
5
6
7
szorbens nélkül
minták
2. ábra 1 µl toluol hígítási fokozatai abszorbensek jelenlétében 24 óra után Példaként, a 2. mintán megkötött toluol mennyiségének becsléséhez rögzíteni kell, hogy a kalibráló mérések során mért 60 mg/m3-es küszöbnek megfelelően az összes, 1 µl-hez tartozó 7267 mg/m3-es koncentrációból 7206 mg/m3, azaz 0,99 µl toluol volt érzékelhető. Ezzel szemben az 1 g ciktodextrin jelenlétében végzett szorpciós mérések alkalmával, három hígítási fokozat után vált érzékelhetetlenné a toluolszag, amiből azonos kiindulási mennyiséget feltételezve, az (1) egyenlet alapján 908 mg/m3-es koncentrációt és 0,87 µl toluolt mint érzékelhető mennyiséget lehet kiszámítani.
A kalibrációs értékhez képest a különbség 0,13 µl, vagyis ennyi a szorptíve megkötött toluol. A többi abszorbens szagmegkötő képességét hasonlóképpen lehet meghatározni. A hibás termékek mintáiból kalibrálás nélkül is lehet relatív szagcsökkenést mérni. A lenolajjal kezelt nyomott textíliákon a szagképző (avas) összetevők gázkromatográfiával minőségileg azonosíthatók. Az új eljárással ezzel szemben a szagösszetevők ismerete nélkül is mérhetők olfaktoros jelenségek, pl. a szagmegkötés, amelynél a szag összegparaméterként értékelendő. Ugyanez vonatkozik a „halszagú” autókárpitokra (10. és 11. minta), amelyekben az egyik jellegzetes szagösszetevő a metil-amin. 16 14 a hígítások száma
12 10 8 6 4 2 0 ciklo-dextrinnel, ill. anélkül (sötét) (8)
citozánnal, ill. anélkül (sötét) (9)
"lenolajos" minták
ciklo-dextrinnel, ill. anélkül (sötét) (10)
citozánnal, ill. anélkül (sötét) (11)
"aminos" minták
3. ábra A nyomáscsökkenéses kiáramlások (a mérések) átlagos száma gyártási textilmintákra szorbens jelenlétében A textilminták szagcsökkenése ciklo-dextrin, ill. citozán jelenlétében (3. ábra) a szaganyag és az abszorbens közötti kölcsönhatásoknak tulajdonítható. Valószínű pl. az aldehidek karbonil-csoportjának affinitása a citozán amino-csoportjaihoz, vagy a ciklo-dextrin komplexképző hajlama hidrofób vegyületek irányában. Ugyanez érvényes olyan szagmegkötő rendszerekre, amelyekben a textilfelületen ciklo-dextrin, citozán vagy (poli)vinil-amin van tartósan megkötve. Az inertnek, szagmegkötésre alkalmatlannak tekintett, ezért viszonyítási anyagnak választott tisztított kvarchomok a kísérletekben mégis
megkötött toluolt, valószínűleg kizárólag fizikai úton („fiziszorpció”). Zeoliton – nagy felülete révén – számítani lehetett nagyfokú szorpcióra, de ennek hasznosítása, vagyis zeolitok tartós rögzítése textilszálakon eddig nem sikerült. Összeállította: Dr. Boros Tiborné Wittke, R., Knittel, D.: Olfaktometrie – ein Hilfsmittel zur Qualitätsbeurteilung von Textilien und deren Ausrüstungen. = Melliand Textilberichte, 85. k. 7/8. sz. 2004. p. 570– 574. Bartels, V. T.; Schmidt-Fries, U.: Untersuchung der Schweissgeruchsbildung in Textilien mit Hilfe einer elektronischen Nase. = Melliand Textilberichte, 74. k. 10. sz. 2003. p. 872–874.
