《Analyst》：Diving into decomposition: detection of volatile organic compounds from submerged human remains using thin-film SPME and GC × GC–TOFMSOpen Access
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水下人体遗骸的定位对于法医调查至关重要，然而有效的搜索行动高度依赖人体遗骸检测（HRD）犬，其训练依赖于对分解气味中释放的挥发性有机化合物（VOCs）的准确理解。尽管存在这一需求，目前对水下人体遗骸释放的VOCs知之甚少。本研究评估了一种从水下人体遗骸收集VO
水下人体遗骸的定位对于法医调查至关重要，然而有效的搜索行动高度依赖人体遗骸检测（HRD）犬，其训练依赖于对分解气味中释放的挥发性有机化合物（VOCs）的准确理解。尽管存在这一需求，目前对水下人体遗骸释放的VOCs知之甚少。本研究评估了一种从水下人体遗骸收集VOCs的采样策略，建立了基线VOC谱图，并评估了短期储存期间VOC的稳定性。一枚捐赠的截肢肢体在受控实验室条件下被浸没于玻璃罐中的水内。在整个分解过程中采集水样，并使用直接浸入（DI）和顶空（HS）薄膜固相微萃取（TF-SPME）提取VOCs，随后采用热脱附全二维气相色谱-飞行时间质谱（TD-GC × GC-TOFMS）进行分析。通过分析同一水样的三份等分试样评估VOC稳定性，分别进行立即分析、冷藏（4 °C）储存一周后分析或冷冻（?20 °C）储存一周后分析。HS和DI提供了互补的VOC谱图，分别检测到352种和351种化合物，其中325种化合物为两种方法共有。含氮化合物以及酯类及其类似物是多样性最丰富的化学类别，而含硫化合物和酸类则表现出最高的归一化峰面积。冷冻储存总体上比冷藏储存保留了更多的VOCs，支持将冷冻作为短期样品保存的首选方法。总体而言，将HS/DI TF-SPME采样策略与TD-GC × GC-TOFMS相结合，能够对水下人体遗骸的VOCs进行全面表征。
论文解读：水下人体遗骸分解挥发性有机物的综合表征——基于TF-SPME与TD-GC × GC-TOFMS的分析方法
**一、研究背景与问题**
在法医调查中，天然水域中水下人体遗骸的搜寻是一项重大挑战。水深、能见度低和强水流等因素使搜索工作复杂化，部分案件甚至无法找到遇难者。人体遗骸检测（HRD）犬凭借其高度敏感的嗅觉系统，能够侦测分解过程中释放并到达水面的挥发性有机化合物（VOCs），从而协助定位。然而，HRD犬的训练依赖于对分解气味化学组成的准确认知。尽管陆地及埋藏环境下的分解VOCs已有较多研究，针对水下人体遗骸VOCs的研究却十分有限。水生环境在温度、氧气可用性以及无脊椎动物、脊椎动物和微生物群落的生物活性等方面与地表沉积显著不同，这些差异直接影响VOCs的种类和相对丰度。同时，VOCs可能溶解于周围水体、在水生环境中扩散或分配至水面顶空。然而，针对水生场景的标准化收集和分析协议尚未建立，这主要归因于水基质带来的额外物理化学相互作用以及采样后微生物活动持续进行等分析挑战。此前研究多采用人体类似物，以固相微萃取（SPME）或吸附管结合气相色谱-质谱（GC-MS）进行分析，但灵敏度和分离效率有限。因此，亟需开发适用于水下人体遗骸的精细化VOC收集与分析方法，并建立基线VOC谱图。
**二、研究目标与主要技术方法**
本研究旨在优化水下人体分解气味的VOC收集和分析方法，确保可靠的采样和实用的实验室分析，同时建立与水下人体分解相关的基线VOC谱图。具体目标包括：（1）比较顶空（HS）与直接浸入（DI）两种薄膜固相微萃取（TF-SPME）采样方式；（2）利用热脱附全二维气相色谱-飞行时间质谱（TD-GC × GC-TOFMS）建立水下人体遗骸VOCs的初步数据库；（3）评估样品储存条件（冷藏与冷冻）对VOC稳定性的影响。实验所用人体样本为一枚通过安大略省警方（OPP）警犬部门项目获得的知情同意截肢下肢，此前已被OPP验证为合适的训练辅助物。实验设置包括装有未经处理天然水体（取自加拿大安大略省利明顿一处人工但已自然化的露天水体，保留天然微生物群落）的8 L玻璃罐，一枚训练辅助物完全浸没于实验罐中，另一罐作为对照。水样在21天内按时间梯度采集，采用亲水-亲脂平衡（HLB/PDMS）TF-SPME膜分别进行HS和DI提取，随后以TD-GC × GC-TOFMS分析，使用硫不稳定阱以保留含硫VOCs，并采用反相柱配置（极性一维柱串联中极性二维柱）改善极性化合物分离。存储稳定性实验将同日水样分为三份：立即分析、4 °C冷藏一周和?21 °C冷冻一周。质量控制包括空白分析、仪器调谐和标准品验证。数据处理使用ChromaTOF sync 2D软件，结合NIST质谱库鉴定，Python和Excel进行后续过滤与统计分析。
**三、研究结果**
**3.1 顶空与直接浸入采样方式的比较**
通过分析42个HS样本和42个DI样本，HS检测到352种化合物，DI检测到351种，其中325种（93%）为两种方法共有。各化学类别均存在方法特异检出的化合物：HS独有27种（其中3种此前在分解VOC研究中有报道），DI独有26种（其中7种此前有报道）。Welch双样本t检验显示，芳香族化合物（p = 0.031）、酮类（p = 0.0008）和含硫化合物（p = 0.011）在HS中的归一化峰面积显著高于DI。这反映了不同理化性质导致的VOC在水相和气相间的分配差异。HS和DI采样提供互补的化学信息，结合两种方式可更全面地表征分解气味。TF-SPME的 versatility 使同一萃取相可用于两种模式，便于直接比较。
**3.2 水下遗骸的VOC谱图特征**
结合HS和DI的数据，共检测到378种不同的VOCs。按化学类别分类，含氮化合物（n = 88）和酯类及类似物（n = 72）种类最丰富，其次是酮类（n = 57）、醇类（n = 39）、酸类（n = 32）等。其中86种化合物（23%）已在文献中报道过，支持其作为水生场景分解相关VOCs的关联性。在丰度方面，含硫化合物和酸类的中位归一化峰面积最高，表明尽管种类较少，但对整体气味贡献较大。含硫化合物（如二甲基二硫醚、二甲基三硫醚）的高丰度与陆地晚期分解研究一致，源于含硫氨基酸的微生物降解。在超过60%样品中检出的66种频繁出现VOCs中，27种已见文献报道。值得注意的是，77%的检出化合物未被文献报道过，这可能归因于方法学差异（TF-SPME与反相柱配置）、水生环境独特的物理化学和微生物过程，以及水下分解产生化学性质不同的气味特征。这一差异对HRD犬训练有重要意义：若水下遗骸上空的气味与陆地搜索时差异显著，仅以陆地分解气味训练的犬只可能无法在水下搜寻中识别相同化学线索。
**3.3 储存条件对VOC稳定性的影响**
新鲜基线样品检出245种VOCs。冷藏一周后检出161种（其中97种与基线共有），冷冻一周后检出222种（其中122种与基线共有）。总体上，冷冻比冷藏保留了更多基线化合物，推测因低温抑制了微生物活性和化学降解速率。但两种储存条件下均出现新检出化合物，表明储存期间发生了二次转化。对90种在三种条件下均检出的VOCs进行归一化峰面积比较，未发现基线与冷藏（p = 0.459）或冷冻（p = 0.622）之间存在显著差异，说明保留化合物的总体丰度相对稳定，但需谨慎解读。按化学类别分析，卤代化合物损失最大（100%），其次为醚类（80%）、醛类（77%）、酸类（67%）等。醛类可能氧化为羧酸、酯类可水解为醇和酸，这些转化解释了母体化合物的消失和新生化合物的出现。冷藏条件下微生物代谢仍持续进行，冷冻能更好地抑制生物和化学降解，因而更利于VOC谱图的保存。
**四、讨论与结论总结**
本研究证明，结合HS和DI的TF-SPME采样策略与TD-GC × GC-TOFMS分析相结合，能够对水下人体遗骸VOCs进行全面表征。研究建立的基线VOC谱图显示，含氮化合物和酯类贡献了化学多样性，而含硫化合物和酸类主导丰度，这一特征与水生环境特有的分解过程相关。储存实验表明，冷冻优于冷藏，但任何储存方式都会改变VOC谱图，因此应尽量缩短储存时间，并在无法立即分析时选择合适的条件。该工作为理解水下人体遗骸VOCs及其法医学相关性奠定了重要基础，有助于改进分解气味分析方案，并为HRD犬训练和实际搜索行动提供科学依据。未来仍需涵盖更多供体、环境条件和分解阶段的研究，以进一步验证和细化水下分解VOC谱图。
