《Journal of Chromatography A》：Analysis of volatile organic compounds by thermal desorption chromatography mass spectrometry (TD-GC-MS) : Breakthrough phenomenon, a parameter to take into account
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•采样温度越高，渗透现象越严重（p<0.001）。•有一种可野外使用的装置，能够主动为吸附管降温。•实地验证表明，所有目标挥发性有机化合物的渗透率均低于5%。引言挥发性有机化合物是一类在室温下具有高蒸汽压的低分子量有机物质。这类化合物在多个领域都备受研究，比如大气科学、室内及环境
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采样温度越高，渗透现象越严重（p<0.001）。
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有一种可野外使用的装置，能够主动为吸附管降温。
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实地验证表明，所有目标挥发性有机化合物的渗透率均低于5%。
引言
挥发性有机化合物是一类在室温下具有高蒸汽压的低分子量有机物质。这类化合物在多个领域都备受研究，比如大气科学、室内及环境空气质量评估以及人类健康研究等。在化学生态学中，人们通过研究挥发性有机化合物来了解植物与其环境之间的相互作用。
植物会产生多种化合物，包括对自身生长至关重要的初级代谢物，以及萜烯、酚类化合物和生物碱等特殊代谢物。这些特殊代谢物有助于植物应对周围环境的变化。其中，挥发性有机化合物要么储存在植物组织中，要么直接释放到大气中。挥发性有机化合物的排放具有多种生态功能，包括抵御害虫的直接和间接防御作用，以及促进植物间交流和吸引传粉者。
可以通过被动或主动采样方法从植物中提取挥发性有机化合物。被动方法如固相微萃取被广泛用于花香的定性分析。而主动采样方法则利用填充在不锈钢或玻璃管中的吸附剂，具体所选吸附剂取决于应用需求。十纳克TA是一种常用的疏水型吸附剂，因为它对从正辛烷到正三十烷的各类化合物都有很强的吸附能力。一旦挥发性有机化合物被吸附在吸附剂上，通常通过热解吸的方式将其提取出来，这样无需溶剂就能将样品导入气相色谱仪。不过，基于吸附剂的采样方法需要特别注意采样损失问题，尤其是由渗透现象导致的损失。
当采样过程中目标挥发性有机化合物未能被吸附剂完全保留时，就会发生渗透现象，从而导致定量结果不准确。这种损失可能由多种机制引起：随着空气不断流过吸附剂床层，吸附剂逐渐饱和，使得分析物沿着床层移动；采样的空气体积超出了吸附剂对某种化合物的容纳能力；或者因为分析物与吸附剂的亲和力不足而完全逃逸。在相关文献中，这种现象也被称为“吸附剂强度”、“保留容量”或“渗透容量”，其发生受多种因素影响，包括吸附剂的类型和质量、采样流量和体积、环境温度，以及目标分析物的挥发性和极性。渗透容量指的是超过该数值后，化合物就不再能被有效捕获的采样气体体积。通常通过在采样管后串联另一根管子来进行实验检测，当这根备用管中检测到的分析物比例超过5%时，就认为发生了渗透现象。由于任何渗透现象都会导致采样到的挥发性有机化合物含量被低估，因此必须在渗透容量范围内进行定量分析，这也是确保野外挥发性有机化合物定量结果可靠的前提条件。
在一项针对薰衣草田挥发性有机化合物排放情况的更广泛研究中，发现不同试验点之间的数据差异很大，这就导致了较大的定量不确定性。鉴于渗透现象是基于吸附剂采样方法存在的局限性，本研究便探讨了这一现象是否就是造成数据差异的原因。尽管关于植物挥发性有机化合物及其生态作用的文献相当丰富，但在化学生态学研究中，关于渗透现象的报道却十分少见。只有少数文献简要提及过这一现象，还有更多文献则完全未涉及。据我们所知，即便是在一般的挥发性有机化合物采样研究中，相关记录也很少。表1列出了部分相关综述。我们在Scopus数据库中以“VOC”“sampling”或“BVOC”为关键词，检索了2015年至2025年间发表的综述，最终得到86篇相关文献，其中仅那些涉及顶空采样的文献提到了渗透现象，因此实际符合条件的文献只有25篇。
这项初步检索结果显示，在健康、大气研究或植物研究等多个领域中，只有20%的综述提到在采集挥发性有机化合物时需要考虑渗透现象这一因素。
这一差距相当明显，因为若不能控制渗透现象，就会直接影响野外挥发性有机化合物定量结果的可靠性，而这一限制不仅存在于化学生态学研究领域，任何依赖吸附管的动态采样方法都可能存在类似问题。不过，目前已有研究正在探讨这一现象，结果表明采样温度与渗透现象之间存在直接关联。有研究因此采用冷却系统来采集挥发性有机化合物，从而减少采样过程中的分析物损失，比如使用佩尔帖制冷的采样箱或蠕动泵。然而，这些方法在野外条件下可能存在一些局限性。例如，佩尔帖系统的性能系数较低，即其制冷能力与能耗之比不高，因此在强阳光照射条件下并不适用。
基于上述背景，本研究的目的是在野外条件下，针对一组具有代表性的薰衣草挥发性有机化合物，量化其渗透现象，并探究是否可以通过主动降温来降低渗透程度。由于较高的野外环境温度是导致某些化合物出现渗透现象的重要原因，本研究设计了一种便携式、可在野外使用的冷却装置，用于在采样过程中为采样管降温。首先在实验室可控条件下评估了该冷却装置对渗透现象的缓解效果，随后又在野外进行了验证。在本研究中，仅分析了薰衣草中几种常见的挥发性有机化合物，这些化合物的选择是基于它们在精油中的含量以及是否被纳入相关标准之中。如果后续在备份管子的色谱图中出现其他分子，也会对其进行分析。
除了薰衣草挥发性有机化合物的采样之外，这种方法以及由此带来的渗透现象减轻效果，预计在其他需要精准量化的动态采样场景中也具有应用价值。实际上，它可应用于任何需要精确量化的样本采集场景，比如呼吸组学研究或大气研究等领域。
章节要点
材料
作为对比，本研究使用了由法国圣奥邦苏尔卢韦兹的Bontoux公司于2025年生产的一种商业薰衣草精油（品种为‘Grosso’，学名为*Lavandula x intermedia* Emeric ex Loisel）。该精油被溶解在甲醇中，浓度为2000纳克/微升，所用甲醇来自法国Sigma-Aldrich公司。此外，还准备了β-月桂烯（CAS编号：123-35-3）、γ-松油烯（CAS编号：99-85-4）、芳樟醇（CAS编号：78-70-6）、(-)-樟脑（CAS编号：464-48-2）、乙酸芳樟酯（CAS编号：115-95-7）和p-桉叶烯等标准物质。
观察渗透现象
我们研究的最终目标是量化薰衣草田释放的挥发性有机化合物总量。目前相关文献中，只有少数研究从定性角度描述过薰衣草的挥发性有机化合物排放情况。
而在野外环境中，对这类排放物进行定量分析的研究则相对较少。本研究开发并采用了TD-GC-MS采样和分析方法，重点研究了β-月桂烯、γ-松油烯、芳樟醇、(-)-樟脑、乙酸芳樟酯、p-桉叶烯和桉树脑这几种目标化合物。如前文所述，
结论
本研究揭示了一个重要现象——渗透现象，这一现象在化学生态学中的挥发性有机化合物采样过程中需要得到更严格的监测。在极端温度条件下，尤其是在需要进行定量分析时，渗透现象更为突出。本研究的主要目的就是寻找一种简单有效的办法，用于控制薰衣草田挥发性有机化合物采样过程中的渗透现象。由于渗透现象与吸附管的工作温度密切相关，
作者贡献说明
Albane NO?L： 文章撰写——审阅与编辑、文章撰写——初稿撰写、可视化处理、研究实施。Charlotte BRINGER-GUERIN： 文章撰写——审阅与编辑、项目管理工作。Patrice ROCHE： 文章撰写——审阅与编辑、资源协调、研究构思。Xavier FERNANDEZ： 文章撰写——审阅与编辑、研究指导、研究构思。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
Albane NO?L|Charlotte BRINGER-GUERIN|Patrice ROCHE|Xavier FERNANDEZ
