电气火灾往往来得隐蔽而迅速。烟雾、温升、明火等传统报警信号出现时，材料热积累和老化分解可能已经发生，留给处置的窗口并不宽。对于电动汽车、储能系统、船舱和仓储空间等高能量密度场景，如何在明火出现前捕捉到更早期、更可靠的预警信号，是安全监测领域亟需解决的问题。
近日，大连化物所质谱与快速检测研究中心（102组群）发展了半导体制冷大气压光电离离子迁移谱（TEC-APPI-IMS）技术，针对电气设备中过热塑料释放的特征挥发物2-乙基己醇，实现了快速、高灵敏、抗湿度干扰的在线检测。该方法检出限达到1.0 ppbv，响应时间约2 s，并在锂离子电池外部短路模拟实验中实现早期火灾风险信号捕捉，为电气火灾早期预警提供了新的化学传感思路。
图1 自制TEC-APPI-IMS装置示意图
预警难点：火还没起，塑料已经在“释放信号”
电气火灾的早期阶段常由短路、过流或接触不良引发局部过热。此时，电线绝缘层、电池包装和保护材料中的PET、PVC等塑料会先发生热降解，释放出一系列挥发性有机物。这些化学信号通常早于烟雾和明显温升出现，因此有望成为更前置的火灾预警指标。
在众多热解产物中，2-乙基己醇被认为是判断电缆和相关塑料材料过热状态的重要标志物。它与增塑剂体系密切相关，可作为聚合物热氧化反应中的原料、降解产物或中间体。然而，2-乙基己醇化学性质相对稳定，传统气敏传感器难以兼顾实时性、选择性和湿度耐受性；GC-MS虽可准确定性定量，但仪器体积和分析周期又不适合现场连续预警。
技术破题：用TEC除湿，让IMS在潮湿空气中也能看清标志物
团队构建的TEC-APPI-IMS系统将半导体制冷微型冷阱与大气压光电离离子迁移谱结合。样品气体首先经过TEC石英腔除湿，降低水汽对光电离和试剂离子生成的抑制；随后进入丙酮辅助光电离IMS，实现对2-乙基己醇的高灵敏检测。系统采用双冷阱切换和水汽排出气路设计，可在在线监测过程中持续降低湿度干扰。
在离子化机制上，丙酮在VUV灯照射下形成质子化丙酮二聚体(C3H6O)2H+，该试剂离子与2-乙基己醇发生离子-分子取代反应，生成C8H18O·C3H6O·H+产物离子。该产物离子在IMS中的迁移率K0为1.38 cm2·V-1·s-1，并在质谱验证中对应m/z 189，为2-乙基己醇的特异识别提供了依据。
图2 加热后PVC、PET及其与2-乙基己醇混合样品的IMS谱图
图3 以丙酮为掺杂剂时2-乙基己醇的质谱图
场景验证：电池短路早期即可捕捉风险信号
为验证实际预警能力，团队搭建了锂离子电池外部短路模拟装置。实验中，满电18650锂离子电池置于密闭腔体内，腔体温度保持25 °C、相对湿度约56%，气体经TEC除湿后进入IMS在线监测，同时记录电池表面温度变化。
结果显示，短路开始后电池表面温度逐步升高。约2 min后，当表面温度升至约76 °C时，2-乙基己醇产物离子峰显著增强，对应浓度约33 ppbv；随着短路持续，信号进一步增强，最高浓度约70 ppbv。当电池表面温度达到约100 °C时，电池还未出现鼓包或漏气等现象，表示电池尚未达到热失控临界点。该结果表明，在危险进一步发展前，TEC-APPI-IMS已能够通过空气中2-乙基己醇浓度变化捕捉早期风险，为分级预警和及时断电处置提供依据。
图3 电池短路模拟实验示意图及在线监测过程中产物离子信号与温度变化
总结与展望
该研究围绕电气火灾“看不见火之前能不能先闻到风险”的问题，提出了以2-乙基己醇为化学标志物的早期预警策略，并通过TEC-APPI-IMS实现了高湿环境下的快速在线检测。相比传统气敏传感器，该方法在灵敏度上提升显著；相比离线分析方法，又具备秒级响应和现场部署潜力。未来，该技术有望应用于滚装船舱、储能设施、地下停车场、仓库以及电缆和锂电池安全监测等场景，为电气火灾早发现、早干预提供新的装备支撑。
相关研究以“Online fast detection of 2-ethylhexanol released from overheated plastics by thermoelectric cooling atmospheric pressure photoionization ion mobility spectrometry for early warning of electrical fires”为题，发表在《Talanta》上。该工作的第一作者为博士研究生姜琳琳，通讯作者为大连化物所黄卫、花磊和李海洋。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、大连市高层次人才创新支持计划、大连化物所创新基金和中国科学院青年创新促进会等项目资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.talanta.2026.130135
