室内空气中挥发性有机化合物的非靶向分析：被动采样器采样速率测定及其在博物馆仓储单元中的应用

《Building and Environment》：Untargeted analysis of volatile organic compounds in indoor air: uptake rate determination on passive samplers and application in museum-depot units

　　

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  通过非靶向 TD-GC-MS 分析评估了博物馆库房单元的室内空气质量。
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  对所有存在的 VOCs 进行测定可提供全面的化学指纹图谱。
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  被动采样的实验摄取率测定得到了 92 个 UTR 值。
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  苄醇和苯甲醛是最丰富的化合物。
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  环氧地坪被确定为主要污染源。

引言

博物馆和库房中文化遗产物品的保存 critically 取决于室内环境的质量。控制不当会导致藏品逐渐受损或发生微妙变化，加速其降解并缩短其寿命。过去，温度、湿度和光照是保护科学家主要关注的问题。近几十年来，越来越多的关注点转向了空气污染物对文化遗产文物保存的影响[16,25,39]。多项研究聚焦于室外空气污染物（如 O₃、NO₂ 和 SO₂）对博物馆室内环境的影响[7,16,39]。通过维持低换气率，可以最大限度地减少活性室外污染物的渗入，并更好地控制室内环境条件（如相对湿度）。然而，这可能导致室内生成污染物的积累[35]。许多空气污染物源自室内来源，其中挥发性有机化合物（VOCs）是最丰富的组分之一。除建筑材料和技术设备可作为重要的排放源外，文物本身也可能因其组成或保护修复产品的应用而排放 VOCs。各种 VOCs 还可通过自然劣化过程或次级化学反应产生[1,7,10,16,39]。当博物馆环境通风不足时，VOCs 可能在短时间内积累[16]。由于世界上大部分文化遗产藏品是储存而非展出——通常只有约 10% 的博物馆藏品公开展出——理解和控制库房的空气质量对于有效保存藏品至关重要[11,35]。

本研究通过 Tenax TA 上的被动采样，调查了比利时根特一家博物馆库房室内空气中的 VOCs。Tenax TA 是一种多孔聚合物，由于其适合捕获广泛谱系的 VOCs，被广泛用作空气采样的通用吸附剂。其主要优势包括对 C₇–C₂₆ 化合物的大穿透体积、低背景值、良好的热稳定性和疏水性，使其成为室内空气采样可靠有效的吸附剂材料[28,27,30]。被动采样受到了越来越多的关注，目前已广泛用于测定空气中 VOCs 的时间加权平均浓度。该技术具有多项优势，包括低运行成本、无需电力、使用简便，以及能够在较长时间内收集时间加权平均浓度[23,30,36,49,50,54,57]。被动采样基于分子扩散，可用 Fick 第一定律描述：$$m=\frac{D.A}{L}.\left(C?C_0\right).t$$其中m 为吸附的化合物质量，D 为化合物在空气中的特定扩散系数（cm2/s），A 为扩散路径的截面积（cm2），L 为扩散路径长度（静止层），t 为暴露时间，C 和 C₀ 分别为空气中化合物浓度和吸附剂上方原始空气层中的浓度。如果吸附剂起到完美汇的作用（C₀ = 0），则可通过吸附质量、采样时间和理想摄取率（UTR_ideal = D·A/L）计算空气中的分析物浓度（C）[23,48,50]。理想情况下，UTR 是恒定值，可从采样器几何形状和目标化合物的已知扩散系数理论推导得出。然而，众多研究表明，由于非理想条件，这些理论 UTR_ideal 往往与实验观测值（UTR_exp）显著偏离[48]。对于 Tenax TA 等相对较弱的吸附剂，吸附剂表面浓度为零（C₀ = 0）的假设往往不成立，导致由于浓度梯度降低或逆扩散而低估实际 VOC 浓度。一些 UTR 是在受控实验室条件下测定的，如 Oury 等人[32]和 Walgraeve 等人[51]的研究，这些研究提供了有价值的见解，但往往无法反映浓度波动和复杂 VOC 混合物可能显著影响摄取行为的实际环境[30,32,48,50,51]。遗憾的是，仅在野外测定的 UTR_exp 仅适用于少数 VOCs[23,54]。Walgraeve 等人[50]的研究中，通过平行主动和被动采样，在真实的室内和室外环境条件下测定了 Tenax TA 上 25 种 VOCs 的 1 周 UTR_exp。Miller 等人[30]通过平行主动和被动采样（主要在室外空气中，24 小时）利用 Tenax TA 获得了多达 27 种 VOCs 的 UTR_exp。随后，这些 24 小时 UTR_exp 被用于通过平行被动/被动采样实验确定更长暴露时间（7、14 和 28 天）的 UTR_exp[30]。Jia & Fu[23]应用建模方法并开发了经验模型来估算 UTR_exp。然而，基于经验回归的模型通常仅适用于有限数量的 VOCs，并且高度依赖于底层数据的准确性和质量，这再次凸显了实验测定 UTR_exp 的必要性[23,54]。近期，Wang 等人[53]通过定性质量传递分析和建模预测了 UTR。然而，文献中实验测定的 UTR_exp 数据也被用于校准和训练模型[54]。

本研究旨在通过扩展 Tenax TA 7 天 UTR_exp 数据库来拓宽相关知识，特别是针对此类数据仍然稀缺或目前缺失的化合物类别。在环境条件下测定 UTR_exp 对于解决当前文献数据的缺乏以及通过被动采样方法提高测量准确性至关重要。通过应用这些 UTR_exp，本研究还通过对比利时根特一家博物馆库房室内空气中 VOCs 的存在、多样性和丰度进行非靶向分析，提供了详细的调查结果。

章节摘要

地点

最先进的遗产库房之一位于比利时根特（51°0'58"N，3°44'1.6"E），这是一个气候控制的储存设施，覆盖面积为 2500 平方米，为来自七家不同博物馆的物品提供了超过 3000 立方米的存储空间。库房分为两层，共设有 20 个不同的储藏室。它存放了一些最为脆弱的由纸张、木材、纺织品和塑料制成的物品，这些物品按物品类别和类型系统地在储藏室中组织排列。一

穿透评估

为评估 VOCs 的 BT（穿透），将两根 Tenax TA 采样管串联连接，采集了 3.65 升的体积（22.3 mL/min，164 分钟；库房 1.03）。第一（样品）和第二（BT）管的色谱图见补充材料 4。可以得出结论，几乎未观察到 BT。以第二吸附剂管中 RPA 与第一管中 RPA 的比值计算得出的 % BT（经空白 Tenax TA 管背景校正后），仅对五种化合物的值 ≥25%。这些化合物即

结论

通过在比利时根特一家博物馆库房中使用 Tenax TA 采样管进行平行主动和被动采样，测定了 92 个不同化学类别挥发性有机化合物的实验扩散摄取率。据我们所知，这是首次生成如此大规模的室内 7 天实验扩散 UTR_exp 数据集。总体而言，UTR_exp 与理想理论 UTR_ideal 的吻合程度

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CRediT 作者贡献声明

Gynaika De Coster：撰写——初稿，可视化，方法论，调查，数据整理，概念化。Kristof Demeestere：撰写——审阅与编辑，监督，资源。Herman Van Langenhove：撰写——审阅与编辑，监督。Christophe Walgraeve：撰写——审阅与编辑，监督，资源，项目管理，方法论，经费获取，概念化。

Gynaika De Coster|Kristof Demeestere|Herman Van Langenhove|Christophe Walgraeve