2023年2月16日，地球化学领域综合期刊Applied Geochemistry在线发表了北京大学环境科学与工程学院郭松研究员课题组的最新研究成果“Non-target scanning of organics from cooking emissions using comprehensive two-dimensional gas chromatography-mass spectrometer (GC×GC-MS)”。该研究基于热脱附-全二维气相色谱-四极杆质谱（TD-GC×GC-qMS）开发了全挥发性全物种的测量方法，因其创新性被期刊主编选定为2023年首篇亮点工作（Editor choice），并免费开源（Open access）。研究团队2019级博士生宋锴为该文第一作者，郭松研究员为通讯作者。该研究主要受到国家自然科学基金委创新群体项目（22221004）和面上项目（41977179）的资助。
中等挥发性有机物（IVOCs）和半挥发性有机物（SVOCs）是二次有机气溶胶（SOA）生成的重要前体物，S/IVOCs的分子水平测量是国际大气化学研究的难点和热点。经典的S/IVOCs测定方法有热脱附-气相色谱-质谱法（TD-GC-MS）和质子转移质谱（PTR-MS）法。TD-GC-MS一般对非极性化合物测量较好，但只能解释总离子流（TIC）的不到20%，大量化合物（>80%）被归类为未分辨的复杂混合物（UCMs）。PTR-MS可以实现高时间分辨率醛酮化合物的在线测定，但是难于区分同分异构体，对烷烃等化合物的测量较差。由于源排放的复杂性，需要同时对极性与非极性化合物进行测定，单一仪器分析很难同时定性定量多种有机物，故而亟需在一次样品采集和分析条件的条件下，能够同时测定多类化合物的分析方法。
该研究基于TD-GC×GC-qMS开发了全挥发性全物种测量的分析方法。GC×GC耦合了极性和非极性两维色谱柱，能够同时测定极性和非极性化合物，测量范围涵盖了VOC-IVOC-SVOC的全挥发性区间。GC×GC通过调制（modulation）将一维色谱柱流出物切片后被二维色谱柱分离，其峰容量是两维色谱柱峰容量之积，具有高灵敏度、高物种分辨率、强结构鉴定能力的特点。该研究采集了餐饮排放的气态和颗粒态有机物，使用TD-GC×GC-qMS进行了非靶向分析，分别在气相和颗粒相定量了166种和349种化合物。83种（气相）和220种（颗粒相）IVOCs贡献了20.5%（气相）和81.4%（颗粒相）的质量浓度或排放速率（ERs）。该研究提高了SOA前体物的分子解析率（UCMs从90%降低至5%），解决了复杂环境样品分析的关键技术挑战。
该研究建立了适用于环境领域全二维色谱图解析的“四步定性法”，建立了GC×GC数据处理规程。提出的“四步定性法”分别为：标准物质比对、同类型化合物通过提取离子色谱（SICs）定性、质谱库（NIST）和保留指数（RI）对比定性、UCM根据其碎片信息定性。该研究特别指出，SICs法对于提取复杂样品中的同系物具有重要作用。该研究开创的数据处理方法，能够指导其他研究从复杂的基质中提取除关键信息，推动了GC×GC在环境领域的进一步应用。
图1 典型餐饮排放颗粒有机物的全二维色谱图
论文信息及链接：
Song K, Guo S, Gong Y, et al. Non-target scanning of organics from cooking emissions using comprehensive two-dimensional gas chromatography-mass spectrometer (GC×GC-MS) [J]. Applied Geochemistry, 2023: 105601.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2023.105601
研究团队在半/中等挥发性有机物领域发表的相关研究：
Song, K., Guo, S., Gong, Y., Lv, D., Zhang, Y., Wan, Z., Li, T., Zhu, W., Wang, H., Yu, Y., Tan, R., Shen, R., Lu, S., Li, S., Chen, Y., and Hu, M.: Impact of cooking style and oil on semi-volatile and intermediate volatility organic compound emissions from Chinese domestic cooking, Atmos. Chem. Phys., 22, 9827–9841
DOI: https://doi.org/10.5194/acp-22-9827-2022
Song K, Guo S, Wang H, et al. Measurement report: Online measurement of gas-phase nitrated phenols utilizing a CI-LToF-MS: primary sources and secondary formation[J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 2021, 21(10): 7917-7932.
DOI: https://doi.org/10.5194/acp-21-7917-2021
Song K, Gong Y, Guo S, et al. Investigation of partition coefficients and fingerprints of atmospheric gas-and particle-phase intermediate volatility and semi-volatile organic compounds using pixel-based approaches[J]. Journal of Chromatography A, 2022, 1665: 462808.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.chroma.2022.462808
Tang R, Lu Q, Guo S, et al. Measurement report: Distinct emissions and volatility distribution of intermediate-volatility organic compounds from on-road Chinese gasoline vehicles: implication of high secondary organic aerosol formation potential[J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 2021, 21(4): 2569-2583.
DOI: https://doi.org/10.5194/acp-21-2569-2021
Yu Y, Guo S, Wang H, et al. Importance of Semivolatile/Intermediate-Volatility Organic Compounds to Secondary Organic Aerosol Formation from Chinese Domestic Cooking Emissions[J]. Environmental Science & Technology Letters, 2022.
DOI: https://doi.org/10.1021/acs.estlett.2c00207
