近日，大连化物所质谱与快速检测研究中心（102组群）花磊/李海洋研究团队在气相色谱-光电离离子迁移谱（GC-PIMS）技术研究中取得新进展。该团队提出一种基于多物理场动态卷积的计算模型，系统探究了GC与PIMS电离腔之间的接口设计及气流参数匹配对检测性能的影响，通过优化毛细管插入深度等关键参数，显著提升了对痕量挥发性有机化合物（VOCs）的检测灵敏度，并将其成功应用于喷漆涂层VOCs释放的长期监测，为GC-PIMS技术的接口优化及环境监测应 用提供了重要的理论与技术支撑。

图1  GC-PIMS结构示意图

GC-PIMS联用技术结合了气相色谱高分离能力与光电离离子迁移谱高灵敏度、快速检测的优势，在痕量VOCs检测方面展现出广阔的应用前景。其中，GC与PIMS电离腔之间的接口设计是决定系统整体分析性能的关键，直接影响样品传输效率、电离效果及检测灵敏度。目前，关于GC-PIMS侧向接口中流场、浓度场与光场耦合机制的研究仍较为匮乏，制约了该技术性能的进一步提升。为此，团队构建了GC-PIMS系统的1:1仿真模型，采用COMSOL数值模拟与实验验证相结合的方式，利用多物理场动态卷积方法，探究了载气流量、毛细管插入深度对GC-PIMS检测灵敏度的影响机制，揭示了电离腔内流场、浓度场与光场之间的多物理场耦合行为。在该模型指导下，经系统优化，苯系物（BTX）的检测限可达2.5 ppbv，线性范围为10-1000 ppbv（相关系数R²>0.99），相较于插入深度为0 mm时灵敏度提升了约4倍。

图2  多物理场动态卷积过程示意图。下图为样品浓度分布与光强函数之间的动态卷积过程。I：光强；C_N：中性样品浓度；S_N：多物理场卷积结果。

团队将所发展的GC-PIMS系统应用于喷漆涂层VOCs释放的长期监测，成功识别出甲苯、乙酸丁酯、二甲苯、苯乙烯、乙二醇丁醚等5种VOCs成分。结果表明，在室内通风条件下，喷漆后5天内VOCs浓度快速下降，8天后甲苯和二甲苯的释放浓度均低于国家相关标准限值，14天后仍能检测到痕量甲苯（45 μg·m^-3）和二甲苯（60 μg·m^-3），充分展现了该系统在环境痕量污染物监测中的巨大应用潜力。

相关研究以“Design and Optimization of the Interface of Gas Chromatography and Photoionization Ion Mobility Spectrometry Aided by Multiphysics Field Dynamic Convolution”为题，于近日发表在《Analytical Chemistry》上。该工作的第一作者为大连化物所联合培养博士研究生宋佩燃，通讯作者为大连化物所花磊研究员、李海洋研究员和仓怀文高级工程师。该工作得到国家重点研发计划（2023YFC3711200）、中国科学院战略性先导科技专项（XDB1180000）、中国科学院科研仪器研制项目（PTYQ2024TD0012）等项目资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5c07744