开发了一种多通道扩散采样系统，用于使用TD-GC/MS技术分析气相中的半挥发性有机化合物

《Analytica Chimica Acta》：Development of a multi-channel diffusive sampling system for the analysis of Semi-Volatile Organic Compounds in the vapor phase using TD-GC/MS

选择性采样挥发性半挥发性有机化合物（SVOCs）的多通道扩散去气ifier开发及其在室内空气监测中的应用，臭氧清洗器有效防止化合物降解，色谱分辨率和效率显著提升，较传统滤器方法减少采样误差。

　　

弗拉米尼亚·福伊斯（Flaminia Fois）|西蒙娜·塞雷基亚（Simone Serrecchia）|马可·托雷（Marco Torre）|帕特里齐奥·特拉齐（Patrizio Tratzi）|埃莉萨贝塔·桑塔雷利（Elisabetta Santarelli）|贝内德塔·贾内利·莫内塔（Benedetta Giannelli Moneta）|马西米利亚诺·弗拉托尼（Massimiliano Frattoni）|瓦莱里奥·帕奥利尼（Valerio Paolini）|埃托雷·盖里埃罗（Ettore Guerriero）

意大利国家研究委员会大气污染研究所，地址：罗马研究区1号，35d省道9号，00010，蒙泰利布雷蒂（Montelibretti），罗马省（RM），意大利

摘要

背景

半挥发性有机化合物（SVOCs）在气相和颗粒相之间的分配趋势影响了这些污染物的反应动力学，推动了选择性采样系统的发展。传统的采样方法（如过滤器和吸附剂）在描述SVOCs的分布时精度有限，因为存在采样伪影，例如在主动空气采样过程中分析物的脱附。这种区分对于设计工业环境中的污染物减排系统以及开发针对空气中有害化学物质的集体和个人防护装置至关重要。

结果

本研究开发了一种多通道扩散脱附器，用于采样和选择性富集气相中的SVOCs，以便随后通过热脱附与气相色谱-质谱联用（GC/MS）进行直接测定。使用该脱附器采样的化合物分析与使用普通颗粒碳捕集器的分析结果进行了比较。多通道脱附器被评估其选择性采样气相中SVOCs的能力，同时不会保留颗粒相。实验表明，这种类型的脱附器平均仅保留13%的总颗粒物（粒径范围为14至800纳米）。对于粒径大于800纳米的颗粒，可实现完全透过。臭氧洗涤器可防止降解和氧化产物的形成，有效保护了化合物。

意义

结果显示，脱附器采样显著提高了色谱分辨率和效率。本研究开发的多通道脱附器被证明是一种有效工具，能够选择性采样气相中的SVOCs，特别适用于室内空气监测和工作场所暴露评估。理论计算表明，所有分析物的效率均高于95%。

引言

半挥发性有机化合物（SVOCs）是家庭、办公室和工业工作场所中普遍存在的污染物，它们来源于消费品、建筑材料、燃烧源和职业过程（1）。由于它们的蒸气压低且对室内表面有较高的亲和力，许多SVOCs会长期存在，即使在原始来源被消除后仍可能重新释放（2, 3, 4）。

有害SVOC气溶胶的例子包括金属加工液（MWF）雾、杀虫剂和沥青烟雾，其中含有高浓度的多环芳烃（5）。人类主要通过消化途径接触SVOCs；然而，当人们大部分时间待在室内环境中时（在大流行期间甚至可达100%），也会通过吸入或皮肤接触暴露于SVOCs（6, 7）。因此，人类接触SVOCs的风险主要与室内环境相关，因为在室内环境中由于长时间暴露和多种排放源的存在，SVOCs的浓度较高（8）。

SVOCs在气相和颗粒相之间的分配在决定人类暴露途径方面起着核心作用，并影响室内的化学反应性和命运（9）。在职业环境中，工人可能会接触到浓缩的SVOC气溶胶，如金属加工液雾、沥青烟雾或杀虫剂喷雾，这些气溶胶通常含有有害的多环芳烃（PAHs）（5, 8）。因此，进行准确的相特异性测量对于开发室内空气净化系统、减排策略和个人防护装备（PPE）是必要的（10）。考虑到传统采样方法的局限性，区分气相和颗粒相中的SVOCs变得尤为重要。

传统用于识别和定量室内和室外环境中SVOCs的方法通常劳动强度大且耗时较长（11）。这些方法通常涉及在过滤器（石英、玻璃纤维或PTFE）和吸附剂（如苯乙烯-二乙烯基苯树脂XAD2或聚氨酯泡沫PUF）上进行长时间采样，随后进行溶剂萃取、清洗和离线实验室分析（12）。使用这些方法，最终只有部分采集的样本被分析，加上较长的采样时间和复杂的处理过程，可能会干扰气体-颗粒平衡并产生伪影，从而限制了对SVOCs在空气中短期变化和真实动态的捕捉能力（13）。

SVOCs的分配受多种环境因素的影响，包括温度、相对湿度以及它们凝结的预先存在的颗粒的性质和大小。特别是温度会显著影响室内环境中的SVOC浓度，因为它决定了蒸气压和表面与气相之间的快速平衡（14）。这种温度依赖性的气-颗粒分配，加上采样时间，可能导致采样伪影的形成（15）。此外，较大的颗粒质量会促进气态SVOCs向空气中的颗粒相分配，改变它们的分布和暴露情况（16, 17）。鉴于这些挑战，如气相色谱-质谱联用（GC/MS）等分析技术对于准确量化SVOCs至关重要。分流/不分流注射器允许分析小体积样本，而可编程温度蒸发（PTV）注射器则能引入较大体积的样本，从而提高灵敏度（18）。

SVOCs的采样通常使用低流量（约100 mL/min）的设备进行个人暴露监测，或使用高流量（>1000 L/min）的设备进行痕量化合物的采集。虽然高采样体积通常能充分富集分析物，但个人采样不能依赖笨重的高流量泵，需要技术将整个样本转移到分析系统中（19, 20）。气相色谱与热脱附联用对此非常有效，可以直接引入SVOCs，尽管它通常无法区分气相和颗粒结合的相。为了防止这种情况，扩散脱附器可以通过从气相中去除分析物来分离这两个相，同时将颗粒结合的SVOCs留在气流中（21）。下游过滤器捕获颗粒部分和任何脱附的SVOCs。与传统过滤-吸附方法相比，脱附器减少了采样伪影，例如从颗粒上脱附分析物的现象，否则可能导致气相SVOCs的过高估计及其真实分布的误表示（22, 23, 24）。

迄今为止文献中报道的大多数多毛细管扩散脱附器都是为高流量大气采样和室外应用开发的，主要依赖于非选择性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）相，并侧重于收集效率而非化学选择性（25, 26）。

在这项工作中，为了在低流量室内和职业采样条件下选择性富集气相中的SVOCs并区分其真实分布，开发了一种多毛细管脱附器。该系统专门设计用于通过热脱附与GC/MS联用直接测定气相中的SVOCs，最小化了在主动空气采样过程中从颗粒结合的SVOCs中脱附分析物所引起的伪影。此外，许多SVOCs，尤其是PAHs，对臭氧分解敏感，这会在薄膜或气溶胶颗粒等凝结相中迅速降解它们（27, 28）。为了防止采样过程中分析物的损失，在脱附器上游集成了一种MnO₂涂层臭氧洗涤器，有效去除臭氧并保持敏感SVOCs的气相浓度。这种方法确保了更准确的相特异性测量，解决了传统SVOC采样方法的主要限制。

材料与方法

以下部分描述了用于评估脱附器效率、选择性、穿透行为和伪影去除的材料、实验装置和分析方法。

色谱分辨率

使用气相色谱-质谱联用实验评估了脱附器吸附和保留分析物的能力。使用该脱附器采样的化合物的分析结果与使用普通颗粒碳捕集器的结果进行了比较。

图2展示了作为代表性示例的菲（首先洗脱）和蒽（其次洗脱）的色谱峰，因为它们属于同一化合物类别并且在时间上接近洗脱。

讨论

色谱分析显示，使用脱附器采样时，色谱分辨率随着色谱效率的提高而显著提高。更高的分辨率和更小的峰宽与更高效的热脱附和3微米微毛细管通道内的较低扩散相关分散一致。在脱附器中，分析物被保留在一个薄而非多孔的活性表面上，并在热脱附过程中迅速释放。

结论

本研究开发的多通道脱附器被证明是一种有效工具，能够选择性采样气相中的SVOCs，特别适用于室内空气监测和工作场所暴露评估。理论计算表明，所有分析物的效率均高于95%。颗粒传输测试证实了其对气相的选择性，只有13%的14至800纳米范围内的颗粒被保留，而较大颗粒（0.8–10微米）则完全透过。

作者贡献声明

埃托雷·盖里埃罗（Ettore Guerriero）：方法论、概念化。瓦莱里奥·帕奥利尼（Valerio Paolini）：监督。马可·托雷（Marco Torre）：写作——审稿与编辑、软件、形式分析。西蒙娜·塞雷基亚（Simone Serrecchia）：写作——初稿、验证、形式分析、数据管理。弗拉米尼亚·福伊斯（Flaminia Fois）：写作——初稿、方法论、概念化。马西米利亚诺·弗拉托尼（Massimiliano Frattoni）：验证、形式分析、数据管理。贝内德塔·贾内利·莫内塔（Benedetta Giannelli Moneta）：验证、形式分析、数据管理。埃莉萨贝塔·桑塔雷利（Elisabetta Santarelli）：验证、形式分析

利益冲突

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

资助

本研究未获得公共部门、商业部门或非营利组织的任何特定资助。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。