2023年2月16日，地球化学领域综合期刊Applied Geochemistry在线发表了至尊全讯555050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
