近日，我院陈景文教授、解怀君副教授在环境领域著名学术期刊Environmental Science & Technology上发表了题为“Integrated Approach for Comprehensive Screening of Indoor Semi-Volatile Organic Compounds via Passive Air Sampling Coupled with Non-targeted Analysis”的研究论文。该研究针对室内半挥发性有机化合物(SVOCs)的识别与定量难题，提出了一种结合被动空气采样与非靶向分析的综合筛查策略。开发了用于气相和颗粒相SVOCs采集的聚二甲基硅氧烷(PDMS)泡沫被动空气采样器，并基于实测数据构建了SVOCs采样速率预测模型，扩展了被动采样方法的适用范围。该策略实现了非靶向识别化合物的半定量估算，并在建材市场环境中得到验证。成功识别出107种SVOCs，浓度范围为3.19 ~ 1802.83 ng/m3，定量误差控制在1倍以内，表明该方法具有良好的可靠性和推广应用潜力。
半挥发性有机化合物(SVOCs)在室内普遍存在，对人体健康构成风险。开展室内SVOCs的筛查与定量，对于准确评估人体暴露水平具有重要意义。现有研究多采用主动采样结合靶向分析来表征室内SVOCs，但该方法设备成本高、操作复杂，且检测范围受标准品数量限制，难以满足大规模、高通量监测需求。被动采样技术不仅能够提供时间加权平均浓度，还具有成本低廉、部署灵活等优势。将被动采样与非靶向分析结合，可不依赖标准品实现化合物的高通量识别。
基于此，本研究提出一种被动空气采样与非靶向分析相结合的策略。设计并优化了两类采样器(A-PAS与G-PAS)，用于采集气相与颗粒相SVOCs。通过校准实验表征吸附动力学特性，并基于实测数据构建采样速率预测模型，从而实现化合物的全面识别与半定量估算。
分析了气相和颗粒相SVOCs的吸附动力学行为。A-PAS可同时捕获气相与颗粒相化合物，而G-PAS主要收集气相组分，通过两者累积质量的差值可估算颗粒相贡献。如图1所示，大多数化合物在采样器上的累积质量于前14天持续增加，此后部分颗粒相化合物因降解或挥发性增强而呈下降趋势。整体而言，气相化合物的累积量变化较颗粒相更为平稳，这主要得益于采样器外壳的屏蔽效应——该结构使化合物向吸附剂的传质过程受分子扩散主导，从而为SVOCs的吸附提供了稳定的微环境。
图1. 被动采样器中化合物累积质量(m)随采样时间(T)的变化趋势
通过SVOCs吸附曲线在线性阶段的斜率确定采样速率(SR)。测定结果显示，G-PAS和A-PAS的SR范围分别为0.04–3.38 m3∙d-1∙dm-2和0.215–1.50 m3∙d-1∙dm-2。从化合物的吸附曲线(图2)可以看出，大多数化合物在采样前14天内呈现线性吸附特征；随后，部分高挥发性化合物(如磷酸三乙酯, TEP)因降解或其他损失偏离线性阶段。为控制被采样处于线性阶段并获得可靠的定量数据，建议将采样器的采样时间设定为14天。
图2. A-PAS与G-PAS上SVOCs的吸附动力学曲线
考察了SR与化合物理化性质之间的相关性。结果表明，SVOCs的SR与正辛醇-空气分配系数(KOA)呈显著正相关(p < 0.05)。基于此，本研究基于化合物的KOA、正辛醇-水分配系数(KOW)、蒸气压(VP)和分子质量(MW)，构建了SR预测模型(图3)，以解决SVOCs实验SR数据匮乏的问题。
A-PAS的模型为：
logSR = 0.205 logKOA- 1.250 logMW + 0.064 logVP + 0.009 logKOW + 0.831
(R2 = 0.76, p< 0.05)
G-PAS的模型为：
logSR = 0.154 logKOA- 0.274 logMW + 0.068 logVP + 0.090 logKOW - 1.650
(R2 = 0.75, p< 0.055)
图3. A-PAS与G-PAS上SVOCs的采样速率预测模型
将上述策略应用于建材市场空气样本的SVOCs筛查。结果显示，A-PAS与G-PAS分别检出35种与23种SVOCs，其中19种化合物在二级置信度水平被共同识别(图4a)，表明两种采样器的筛查结果具有良好的一致性。SVOCs的气相浓度范围为13.2–1370 ng/m3，气相与颗粒相总浓度范围为3.19–1800 ng/m3。与主动采样-靶向定量结果相比，本方法对气相浓度的定量误差低于10%，总浓度误差控制在两倍以内(图4d)。这些结果证明了该筛查定量策略的准确性与稳健性，可作为室内SVOCs监测的有效替代方案。
图4. 建材市场SVOCs的识别与半定量。(a)不同置信度水平下的SVOCs数量；(b) 二级置信度水平下的SVOCs功能类别；(c) 峰面积(A)、采样量(m)与浓度(C)随保留时间(RT)的变化趋势；(d) 被动采样-非靶标分析与主动采样-靶向分析的定量结果对比。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c06121
