综述：挥发性有机化合物分析方法以理解植物通讯

本综述系统评述了植物挥发性有机化合物（VOCs）的分析策略，重点探讨采样方法、吸附材料、脱附技术和检测平台（如GC-MS、PTR-MS）的优劣与适用场景，为研究植物间通讯（如HIPVs介导的间接防御）和胁迫响应机制提供关键方法学支持，对推动生态系统功能解析和农业可持续发展具有重要价值。

　　

1. VOCs测定的重要性

挥发性有机化合物（VOCs）是植物和其他生物以气体形式排放的低分子量分子。虽然VOCs可源自生物和非生物来源，但本综述重点关注在生物背景下由植物排放的那些，通常称为生物源VOCs（BVOCs）。植物中VOCs的合成和排放受多种因素影响，包括胁迫类型、植物种类、环境条件和生长阶段。空气传播信号刺激植物间通讯的首个证据发现于1983年，当时未受损树木经历了与附近受损树木类似的化学变化。四十年后的今天，我们仍在发现植物VOCs的新功能，而关于其鉴定和生物学作用的许多问题仍未解答。

VOCs通过间接和直接防御机制在植物环境适应中扮演重要角色。间接防御涉及释放挥发物，其双重目的是吸引草食动物的天敌，从而减少有害昆虫的数量。另一方面，直接防御通过作为毒素、抗氧化剂或通过启动酶促或非酶促抗氧化剂、作为驱避剂以及在邻近植物中诱导抗性来实现。当面临来自昆虫和微生物攻击的生物胁迫时，植物排放草食动物诱导的植物挥发物（HIPVs），由特定混合物组成，如萜烯、绿叶挥发物（GLVs）、乙烯和水杨酸甲酯。这些挥发物不仅作为直接防御，阻止草食动物或抑制其取食，还作为间接防御，通过招募天敌如寄生蜂和捕食者。最近的工作强调，HIPVs的组成和释放改变了植物、草食动物和天敌之间的三营养级相互作用。HIPVs作为植物间的通讯信号，刺激植物和同种植物的系统抗性。认识到植物如何通过释放VOCs彼此及其环境相互作用，为理解植物适应的复杂性开辟了令人兴奋的前景。然而，这些挥发物混合物的精确组成仍然未知。作为代谢组学的一个子领域，挥发物组学在识别新的化学信号分子方面发挥着至关重要的作用，这将促进我们理解其生物学功能。

2. VOCs分析的方法学途径

代谢组学可以定义为一种选择性或非选择性、全面的分析方法，用于鉴定和量化生物系统中的代谢物，通常是那些分子量低于1500 Da的小分子。代谢组学研究在植物科学界越来越受欢迎，巩固了其作为不可或缺工具的地位。该学科采用色谱技术结合质谱法，如GC-MS，以揭示驱动许多生物过程的复杂特征。通常，代谢组学中利用两种互补的方法：靶向和非靶向分析。靶向代谢组学以其精确驱动的方法为指导，专注于预定义的代谢物组，通常针对特定的代谢途径。相比之下，非靶向代谢组学，封装在代谢指纹识别的领域内，拥抱更广阔的视角，并提供代谢景观的整体视图。虽然靶向代谢组学强调更高的灵敏度和选择性，但非靶向工作流程优先考虑重复性和代谢组学途径。除了经典的色谱平台如GC-MS外，直接注入质谱（DIMS）技术，如质子转移反应质谱（PTR-MS）和二次电喷雾电离（SESI-MS），由于其高灵敏度和快速的时间分辨率，常用于高通量和实时VOCs分析。这些平台允许将顶空空气直接引入电离源，绕过色谱分离，实现植物排放的连续监测。这些直接注入方法能够连续、实时监测植物排放，而无需事先分离。虽然这些技术的详细比较在第8节中呈现。植物挥发物涵盖不同植物科的超过1700种化合物，证明了所需的代谢物分析的复杂性，并证明了准确的采样和提取方法以获得可靠结果的重要性。此外，植物间通讯是一个新兴的研究领域，挥发物代谢组学已成为研究定义这些分子的化学的重要技术。VOCs的有效分析取决于两个关键步骤：采样方法和检测过程。挥发物混合物的准确识别对于理解植物VOCs排放的生物学功能至关重要。因此，选择适当的方法对于成功的分析至关重要。虽然现有研究的许多内容集中于总结各种采样技术或分析平台，但越来越需要更深入地评估影响其研究的方法学和因素。在此背景下，我们的论文旨在分析植物研究中VOCs采样的关键方面、提取和各种分析方法，重点关注每种方法根据研究目标的优势和局限性。因此，我们解决了研究VOCs组成的标准化、有效方法的迫切需求，并提供了一个全面的流程来指导植物科学家分析植物挥发物。

3. 影响VOCs排放的因素

采样植物排放的VOCs是一项具有挑战性的任务，因为它可能受到众多因素的影响。为了获得代表性和一致的数据，必须理解和控制这些因素，包括生物因素、环境条件、植物胁迫（生物和非生物）以及用于采样的材料。采样方法应具有简单性、效率和对目标化合物的最小损失或改变的特点。

生物因素在植物VOCs排放中起着关键作用，物种特异性遗传学和发育阶段影响VOCs的组成和数量。M. Azam等人2013年强调，像柑橘这样的植物中的VOCs谱并非静态；它们随着叶子进入发育阶段而变化。随着幼叶从早期生长阶段过渡到成熟，它们的代谢过程、酶活性和细胞功能经历动态转变。Borzak等人2015年在Eucalyptus物种中报告了类似的发现，他们发现种群水平上叶萜轨迹在发育阶段存在分歧。这些生理变化可以显著影响VOCs的生产和排放速率。同样，Chen等人（2019）记录了Chamaecyparis formosensis中萜烯排放的季节性和年龄相关变化，加强了叶片发育阶段在排放谱中的重要性。这些个体发育和叶片特异性差异强调了标准化采样时间点的必要性。例如，在番茄植物中，一些研究建议在大约2周龄时采样VOCs，而其他研究建议等到6周以避免减少生长抑制光合作用的影响。

环境因素是影响VOCs组成和相对丰度的关键元素，影响采样方法学。例如，植物暴露于高温，如45oC，会诱导异戊二烯的快速释放。因此，推荐最佳温度条件，通常在22-25^oC之间，以确保可靠和代表性的采样。同样，高湿度水平可以使挥发物饱和并刺激气孔关闭，湿度水平在50%到85%之间为最佳值。光强度是影响VOCs扩散的另一个相关因素。例如，某些组成性VOCs的排放，如异戊二烯-以及在某些情况下，单萜和甲醇-可以是光依赖性的，降低的光水平通常导致其释放减少。例如，升高的CO₂水平可以影响植物生命周期各个阶段的VOCs排放，尽管这种效应的方向和幅度各不相同。在某些情况下，升高的CO?可能通过改变植物生理或增加温度来刺激VOCs排放，而在其他情况下，它可能通过减少碳分配给次级代谢来抑制排放。同样，升高的臭氧水平刺激针叶树中α-蒎烯和β-蒎烯的排放，证明了采样步骤的复杂性并强调了其重要性。盐度是另一个可以影响采样的因素：土壤或周围环境中的高盐度水平可以影响植物的生理和代谢，包括它们的VOCs生产。因此，每个因素都可能对样品的组成、稳定性和代表性产生影响，研究人员需要仔细考虑和控制它们以获得准确和有意义的结果。

VOCs的组成和相对丰度也可能因生物因素（特定攻击者）产生的植物胁迫而异。响应草食动物损害，挥发物排放随时间遵循特定模式。GLVs在损害后几分钟内迅速排放，而吲哚排放则在45分钟的短暂延迟后开始，在180分钟时达到最大排放。另一方面，萜类排放于玉米中损害后180分钟开始，显示HIPVs的顺序释放。此外，不同的攻击者也可能改变挥发物花束的组成。例如，几项研究表明，HIPVs的组成在许多类型的植物中取决于草食的方式。

4. 采样方法学和材料考虑

采样植物排放的VOCs需要仔细的方法学选择，以确保收集数据的准确性、一致性和代表性。常见的采样方法通常涉及密封室或玻璃瓶，设计用于将植物排放的挥发物引导通过吸附管或捕获在纤维上。这些设置中的一个关键考虑是室材料的选择，因为它影响采样期间的温度和光传输。玻璃和塑料室在UV传输特性上显著不同；玻璃可以阻挡高达40%的UVB光，而塑料阻挡高达76%。这些差异可以影响VOCs排放速率并可能导致化合物回收的变化。此外，室材料可能吸附或与挥发物发生化学相互作用，掩盖某些化合物或改变其浓度，从而损害分析准确性。例如，Nicole K.等人2017年进行的一项研究发现，化合物如Z-茉莉酮、香叶醇、橙花叔醇和香兰素，由于某些材料如聚酯、玻璃、PET、聚乙酸酯和尼龙的吸附和扩散效应，表现出较差的回收率。为了解决这个问题，已使用硅烷化玻璃室来减少含羟基化合物的吸附。聚氟乙烯室也已用于葡萄研究，并且使用改良玻璃瓶的真空辅助VOCs收集已应用于采样单个葡萄浆果的挥发物，同时保持化合物完整性。除了基于室的采样外，一些研究人员在温室中进行VOCs实验，以提供严格受控的环境条件，包括湿度、温度和光。在这些设置下，氮气（N₂）有时用于富集采样大气，有助于最小化不同植物标本之间的交叉污染。然而，重要的是要注意，温室实验中获得的数据不能直接与基于室的设置中获得的数据相比较， due to differing environmental controls and spatial scales. 需要进一步的研究来优化减少植物胁迫并提高跨实验条件可重复性的采样协议。在DIMS技术设置中，采样线和进口管的选择，例如PTFE（特氟龙）、PFA、PEEK和涂层或未涂层不锈钢，是一个关键的考虑因素。PTFE和Nalophan袋作为商业产品最近才出现，两者都以较低的VOCs吸附为特征。气相化合物可能吸附到管壁或与管壁相互作用，导致延迟、信号拖尾或VOCs的低估。例如，PTFE或FEP管通常与玻璃采样瓶和特氟龙盖配对，在自动采样系统中提供惰性保护 against contamination and enabling seamless picomole-level sensitivity for single-leaf headspace assays.

5. 用于VOCs分析的采样技术

理解植物通讯需要分析工具来捕获、识别和量化排放的VOCs。捕获VOCs最广泛使用的方法之一是顶空采样（见补充材料），其中采样植物或植物部分周围的空气（“顶空”）。这种方法在研究中被频繁强调，因其效率。此外，文献中记录了特定应用的直接接触方法，提供针对特定研究需求或预期应用的 targeted and precise VOCs capture。 together, these techniques provide versatile approaches for studying VOCs, enhancing our understanding and utilization of these vital plant emissions by offering insightful knowledge about the inherent chemical defenses of plants.

5.1. 顶空技术

顶空分析，其中植物材料被封闭在室中，提供了一种强大的方法来捕获这些挥发物，非常适合测量VOCs随时间的变化。这种方法学涉及两种可能性：静态顶空（S-HS）和动态顶空（D-HS）。主要区别在于，在S-HS的情况下，样品被封闭在没有空气循环的室中，而D-HS采用连续气流。

S-HS更简单，由于其易用性，适合定性分析。它不需要泵或电气设备，使其比D-HS更通用。Cagliero等人2016年进行的一项研究表明，S-HS可以检测植物挥发物排放中的多种化合物，包括萜烯、醛、酯、醇、酚、脂肪酸和酮。然而，S-HS有一些局限性，包括缺乏分析物富集，导致灵敏度较低。另一个常见问题，由于封闭系统，是周围空气中温度、通风不良、湿度和CO2水平的潜在变化，这些可能影响VOCs的排放，并可能引入不必要的信号干扰。由于所有这些限制，S-HS只能用于专注于使用低接触时间程序以减少温度和湿度变化的主要化合物的研究。

D-HS是一种广泛使用且多功能的技术，用于通过实时分析植物挥发物，与S-HS相比，在灵敏度和分析物回收方面提供显著改进。D-HS需要连续流动的惰性气体或清洁空气，以增强捕集效率，从样品中吹扫顶空挥发物，并将其集中在吸附剂上。这种方法有效地减轻了温度和湿度的波动，以及挥发物化合物的积累。D-HS可以检测一系列化合物，包括烃、萜烯、异戊二烯和醛，提供更精确的VOCs表示，并能够直接注入气相色谱仪，而无需大量的样品制备。保持清洁的进入空气至关重要，通常使用活性炭过滤器实现。此外，需要控制流量以防止分析物损失并减少对植物的机械或氧化胁迫。D-HS采样的不同方法包括闭路循环吹扫、拉系统和推-拉系统。闭路循环吹扫涉及在密封室内连续再循环顶空空气。当空气反复通过样品时，VOCs从植物组织中剥离并逐步积累到吸附剂陷阱上，而不与外部环境交换空气。这种方法最小化了空气传播污染物的捕获，增强了具有最小挥发物排放的标本的灵敏度，并能够定量捕获排放的VOCs。它特别有利于挥发物排放低的植物，因为再循环允许VOCs随时间积累在吸附剂上， thereby enhancing sensitivity and enabling the detection of compounds present at very low concentrations such as Arabidopsis thaliana, and for screening purposes in controlled climate chambers. 例如，M. Huang等人（2012）使用闭路循环吹扫来分析Arabidopsis flowers的倍半萜(E)-β-caryophyllene排放。拉系统和推-拉系统提供了收集和捕集挥发物的替代方法。在拉系统中，真空泵抽取空气通过植物样品，并将其通过吸附剂陷阱。这种方法成本效益高，但可能捕获周围空气中的杂质。为了减轻这一点，研究人员可以将植物封闭在挥发物释放最小的容器或袋中，在空气进入收集室之前对其进行净化。推-拉系统通过使用加压、纯化的载气来消除环境背景污染物。然而，它们需要瓶装气体、昂贵的流量调节器和气密采样容器，使其不太适合现场应用。

5.2. 直接接触技术

VOCs采样的直接接触技术涉及直接从植物组织或表面收集它们，而不是从周围空气（如顶空采样）。这些方法可以提供局部化学信息，能够分析特定植物部分或特定界面存在的VOCs内容，这对于研究组织特异性响应或代谢物积累的空间变化特别有用。虽然它们不测量实时排放速率，但它们可以揭示在排放点可用或存储在表面结构中的VOCs。像Sorptive Tape Extraction (STE)和Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE)这样的方法将采样与内置预浓缩相结合，提高了顶空分析中通常 underrepresented 的极性和半挥发化合物的灵敏度。例如，Boggia等人在2015年使用STE来研究Phaseolus lunatus叶子在Spodoptera littoralis草食后VOCs积累的空间变化。SBSE是一种技术，被Scott等人2020年使用，来检查由叶蝉侵染引起的茶树叶中挥发和非挥发次级代谢物谱的变化，考虑密度和损害程度的变化。此外，SBSE已被用于评估疾病爆发期间植物表面和树冠内的VOCs变化，如由柑橘绿化或 tristeza virus 引起的那些。这些技术在提高分析灵敏度的同时，将预浓缩集成到单个采样步骤中，从而简化工作流程，而不完全消除富集。

6. VOCs分析的吸附技术

在VOCs收集中，采样技术的选择与吸附方法内在相关，因为两者通常一起选择以最大化目标化合物的捕获。根据植物种类、环境条件和感兴趣VOCs的化学性质，采用诸如固相微萃取（SPME）、搅拌棒吸附萃取（SBSE）、固相萃取（STE）和使用陷阱盒的技术。整体方法学旨在确保在有限时间范围内高效和代表性的采样， tailored to the specific experimental context. (见补充材料)

6.1. 固相微萃取

SPME是一种无溶剂方法，常用于从植物中捕获S-HS中的挥发化合物。它传统上被80%的分析植物和花卉挥发物研究使用。它利用涂有聚合物固定相的熔融石英纤维来捕集植物挥发物。SPME呈现多种吸附剂相，如PDMS/DVB、CAR/PDMS和DVB/CAR/PDMS，以基于化合物的极性捕获更广泛范围的VOCs，并选择正确的。Wang等人（2021）对Aquilegia japonica和A. amurensis的花香进行的一项研究发现，DVB/CAR/PDMS纤维优于CAR/PDMS和DVB/PDMS，有效吸附了超过55种来自脂肪酸衍生物、苯系物、单萜类和倍半萜类的挥发物。然而，DVB/PDMS纤维可能对较重的化合物经历不完全解吸。此外，这些纤维可能 quickly saturate. 另一方面，某些公司开发了一种新型纤维，称为SPME Arrow。这种创新纤维设计旨在增强吸附剂质量， thereby increasing the capacity and robustness of the sorbent to capture a greater number of volatiles compared to the traditional ones.

6.2. 陷阱盒

陷阱盒，常用于从植物中捕获D-HS中的挥发化合物，需要玻璃、塑料或不锈钢管或盒中的吸附剂材料。 only in some studies, these trap cartridges have been combined with S-HS experiments. 盒中吸附剂材料的选择对于高效和选择性的植物VOCs分析至关重要。关键考虑因素包括吸附容量、突破体积、目标化合物挥发性和极性，以及湿度。几种吸附剂材料可用于捕获VOCs，每种都具有 distinct properties.

无机吸附剂如硅胶和沸石由于高亲水性而不常见。A. Rodriguez等人（2017）进行的一项研究表明，当使用硅胶时，所有VOCs化合物的产率较差，并且许多化合物未被检测到。碳基吸附剂，包括活性炭，由于其卓越的吸附容量、选择性和热稳定性，对吸附低分子量VOCs如BVOCs非常有效。然而，孔堵塞和保水等挑战可能阻碍它们在植物采样VOCs中的性能。碳分子筛，如Carboxen、Carbosphere、Carbosieve和Ambersorb，提供 advantages like controlled particle and pore size distribution, high surface area, and mechanical stability, making them suitable for adsorption and separation tasks. 尽管有这些好处，它们对采样反应性分析物如异戊二烯和α-蒎烯的效果较差，因为表面氧化物可能引起反应，减少回收率，特别是在 prolonged storage. 石墨化炭黑，具有其良好组织的结构和高疏水性，提供了一个化学和物理均匀的表面，使其成为作为非极性吸附剂的理想选择。其优异的热稳定性允许在潮湿条件下有效采样VOCs，并且商业变体如Carbograph、Carbotrap Y和Carbotrap X提供增强的表面积用于富集高挥发化合物。然而，这些吸附剂可能导致某些分析物的不完全回收，如α-蒎烯，并可能引起产品的分解或重排，使分析复杂化。

多孔有机聚合物，常用作吸附剂，根据其生产方法表现出不同的表面积和极性。这些吸附剂分为交联线性聚合物（例如，Tenax、Porapak Q）、均相交联聚合物（例如，PDMS）和异相交联聚合物（例如，Chromosorb）。 each of them has unique properties, such as Tenax's stability and hydrophobicity, making it suitable for terpene sampling, although it is prone to ozone-induced degradation. Porapak Q提供优异的回收率，但遭受高空白水平（伪影）的问题。Hayesep过滤器在某些应用中的具体用途、优势和局限性没有广泛记录，但Malone等人（2020）的一项研究使用它们来评估与土壤性质相关的谷物作物VOCs排放。PDMS是一种热稳定、成本效益高的吸附剂聚合物，具有最小的不可逆吸附和催化反应。它对高挥发化合物的突破体积低，并对这些化合物显示低保留。PDMS也是水不敏感和高度惰性的，但硅氧烷基团可能导致可能干扰GC分析的背景峰。Chromosorb，具有其较高的比表面积，适合挥发性和极性化合物，具有较低的温度稳定性，这限制了其在痕量分析中的使用， due to increased blank levels in thermal desorption techniques.

在讨论了各种类型吸附剂材料的不便和特性之后，显然，通常的解决方案涉及使用这些材料的混合物， tailored to the specific objective and application. 当选择适当的吸附剂或吸附剂组合时，必须考虑几个因素：吸附剂-吸附质相互作用的强度、伪影形成的可能性、疏水性、惰性和机械强度。表1总结了文献中用于捕获挥发化合物的吸附剂。

6.3. 吸附带萃取和搅拌棒吸附萃取

STE使用薄而灵活的吸附带，SBSE使用涂有吸附剂如PDMS的搅拌棒。它们提供 advantages such as higher sensitivity, reduced matrix interference, and the ability to sample multiple plant parts concurrently. 它是无溶剂的，易于使用，并提供快速采样，具有高分析物回收率，并且可以进行定性和定量分析。然而，应采取措施确保正确连接而不造成样品损失。此外，有限的自动化和涂层可用性阻碍了其广泛接受，导致非极性PDMS在化合物采样中占主导地位。

7. 脱附方法

一旦采样和提取完成，目标化合物从吸附剂上的洗脱至关重要。使用两种主要的脱附方法：溶剂反萃取和热脱附（TD）。这些方法之间的选择取决于与使用的提取方法和目标化合物相关的几个因素。溶剂反萃取通常涉及使用有机溶剂，如乙酸乙酯、二氯甲烷、己烷或二氯甲烷，以从捕集材料中回收VOCs。该过程涉及操纵溶剂极性、pH或离子强度，以将分析物从一个相驱动到另一个相。虽然通常有效，但这种方法呈现几个局限性。它通常需要相对较长的提取时间和较大的溶剂体积，这可能降低整体富集因子并引起环境和安全问题。此外，该技术可能导致在提取或预浓缩步骤中的分析物损失，并且溶剂-分析物相互作用可能并不总是确保所有存在的VOCs完全洗脱，导致最终谱图中的潜在偏差。

对于VOCs分析，最合适的脱附方法是热脱附，其中VOCs通过 common injection port（在SPME纤维的情况下）或使用专门的热脱附单元（TDU）当解吸陷阱盒或SBSE和STE吸附剂时，直接从吸附剂材料转移到GC。还需要一个聚焦陷阱，特别是在TDU中，以确保化合物高效转移到色谱柱。设计用于热脱附的吸附剂填充管和聚焦陷阱通常包含一到四种吸附剂，按吸附剂强度增加的顺序从采样端依次排列。这个过程可以包括一个样品分流步骤，以备将来使用。TD提高了灵敏度，因为它消除了溶剂洗脱的需要，随之而来的是化合物稀释。它还避免了挥发物的损失，因为它消除了提取物预浓缩步骤。TD-GC-MS方法提供自动化、快速和稳健的分析，使其适合 field studies 中VOCs的估计。热脱附（TD）还为研究VOCs的定量方面（例如，浓度和排放速率）和生理方面（例如，生物学功能和背景）提供了优势，特别是在低丰度挥发物和短间隔顶空收集的情况下。虽然TD对VOCs分析有效，但它有一些可能影响其使用的局限性。以下是热脱附使用中的关键限制。

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  对低挥发性化合物的适用性有限：热脱附对分析挥发性和半挥发性化合物更有效。然而，具有非常低挥发性的化合物，如某些高分子量烃，可能无法从吸附剂材料中有效解吸，导致不完全回收。

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  VOCs的热降解：一些挥发性有机化合物可能在热脱附中使用的高温下分解。这可能导致原始分析物的损失和可能干扰分析的副产物的形成。

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  成本和复杂性：热脱附单元，以及必要的仪器如GC-MS，是昂贵的，并且需要高度 trained personnel for operation and maintenance.

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  伪影形成：热脱附中的一个主要挑战是在加热过程中产生伪影。这些不需要的化合物可以源自吸附剂材料本身，由吸附化合物之间的化学反应引起，或由热诱导反应导致。

8. VOCs分析中的仪器和数据处理

VOCs分析是理解影响植物排放因素的关键步骤。这种方法学识别和量化植物排放的VOCs复杂混合物，选择最合适的仪器分析对于成功的分析至关重要。在所有技术中，GC与不同检测器耦合是挥发物分析的常见方法（见补充材料）。GC与火焰离子化检测（GC-FID）耦合是一种广泛使用的VOCs分析配置。然而，该技术在灵敏度和选择性方面有局限性。例如，Niu Y等人（2016）的一项研究表明，GC-FID alone could not distinguish VOCs emitted by healthy and Tribolium castaneum-infested flour. 为了克服这些限制，GC-质谱（GC-MS）已成为分析VOCs的主要方法。GC-MS通过基于其独特的质荷比和碎片模式识别化合物，实现了卓越的灵敏度和选择性。这种增强的能力使GC-MS成为挥发化合物代谢组学研究的强大工具。例如，一项对植物对昆虫和腹足动物草食响应的比较研究 conducted by GC-MS revealed that slug herbivory is less complex and specific than insect herbivory. 然而，必须优化GC-MS参数以获得可靠和可重复的VOCs谱图。

新兴的分析技术，如全面二维气相色谱-质谱（GC×GC-MS）和电子鼻（e-nose）技术，由于其增强的分析能力，在VOCs研究中受到越来越多的关注。GC×GC-MS与传统GC技术相比提供了改进的分离效率，并能够解析复杂植物基质中的共洗脱化合物。此外，GC×GC与飞行时间质谱（GC×GC-ToFMS）耦合是一种强大的工具，提供高灵敏度、特异性和准确的VOCs注释。同时，电子鼻（e-nose）系统使用传感器阵列与模式识别算法耦合，实现快速、非破坏性和非靶向的VOCs分析。然而，这些系统的一个关键限制是它们无法提供定量数据。这些技术提供了传统方法的补充能力，并且对于实时筛选、疾病诊断和环境监测特别有用。

质谱（MS）在检测和识别挥发性有机化合物（VOCs）方面提供了显著优势，特别是在痕量浓度下。在常规植物VOCs分析中，低分辨率四极杆MS检测器被广泛使用， due to their affordability, operational simplicity, and effectiveness for targeted screening. 然而，对于非靶向或探索性研究，高分辨率质谱（HRMS）提供了关键优势，包括高质量精度、更大的分辨能力以及确定分子式的能力，从而能够 confident identification of unknown or co-eluting compounds. 在HRMS平台中，Orbitrap和飞行时间（TOF）质量分析器常用。这些系统提供灵活的采集模式，包括用于全面分析的全扫描和串联MS（MS/MS）用于通过数据依赖或靶向碎片化对选定化合物进行结构表征。这些仪器可以精确选择前体离子并生成详细的碎片模式，促进复杂混合物中的化合物鉴定。尽管有这些能力，HRMS在植物VOCs分析中的使用仍然有限。这种未充分利用可能归因于 factors such as higher instrument costs, specialized training requirements, and limited access in many plant biology or ecological research laboratories.

GC-MS中的另一个关键因素是电离源。软电离源，如化学电离（CI）和大气压化学电离（APCI），对易于碎裂的化合物有益。相比之下，强电离源如电子轰击（EI）确保化合物鉴定的更高可重复性。有趣的是，质谱库仅存在于EI源，使这成为分析中的关键参数。这些库能够对未知化合物和数据库中的参考谱进行比较，从而能够表征未知样品中的化学组成。然而，缺乏精确质量库和其他电离模式的库要求研究人员使用可用的化学标准建立自己的库，以最终鉴定化合物。柱的选择也是GC-MS分析中的关键步骤。对于极性化合物的分析，固定相如聚乙二醇（PEG）改善了分离，而5%-苯基-甲基聚硅氧烷对非极性化合物是理想的。此外，优化柱长、膜厚和内径必须考虑，以实现GC中VOCs的可重复分析。柱长的选择依赖于样品的复杂性和所需的分辨率。较长的柱增强了分辨能力，特别是对于具有紧密洗脱化合物的复杂混合物。然而，较长的柱导致延长的分析时间并增加载气消耗。膜厚影响样品容量和分离效率。较厚的膜具有更大的样品容量，使其