本文介绍了一项由Frenio A. Redeker、Kelsey O’Malley、William P. McMahon和Kaveh Jorabchi等研究人员在乔治城大学化学系进行的研究，该研究于2024年1月9日在线发表在《Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy》期刊上。研究的主要目标是开发一种基于溶液阴极辉光放电（Solution Cathode Glow Discharge, SCGD）与大气压化学电离（Atmospheric Pressure Chemical Ionization, APCI）相结合的方法，用于有机化合物中硫（S）和磷（P）的元素检测。

研究背景

近年来，基于电感耦合等离子体（Inductively Coupled Plasma, ICP）的仪器在非金属元素检测方面取得了显著进展，特别是在生物分析中的应用。然而，ICP的高功率等离子体操作复杂，限制了其广泛应用。因此，低功率和微等离子体技术逐渐成为元素分析的替代方案，尤其是液体电极大气压辉光放电（Liquid Electrode Atmospheric Pressure Glow Discharge, APGD）技术，因其直接分析溶液的能力而备受关注。然而，APGD在有机化合物中非金属元素检测的应用仍处于探索阶段。

本研究旨在利用SCGD作为反应器，将有机化合物中的硫和磷转化为化学蒸气，并通过负模式电晕放电进行电离，从而实现对硫和磷的高灵敏度检测。该方法在大气压下生成长寿命离子，能够通过质谱和离子迁移谱直接分析化学蒸气产物。

研究方法

研究分为以下几个步骤：

1. 样品制备：研究人员制备了硫脲、草甘膦、克林霉素磷酸盐、环磷酰胺、蛋氨酸、乙酰甲胺磷和牛血清白蛋白（BSA）等化合物的溶液，用于后续实验。

2. 质谱分析：使用PerkinElmer AxION 2飞行时间质谱仪（TOF-MS）进行质谱测量。仪器在脉冲模式和捕获模式下运行，以提高灵敏度。

3. SCGD-CD系统：采用嵌套毛细管几何结构，将样品和电解质溶液输送到SCGD中。SCGD通过负模式电晕放电电离生成的化学蒸气，并通过离子迁移谱进行分析。

4. 离子迁移谱分析：研究人员使用自制的离子迁移谱仪对离子进行分离，并通过质谱检测离子的迁移时间和质荷比（m/z）。

研究结果

研究结果表明，SCGD能够将有机化合物中的硫和磷分别转化为H2SO4和H3PO4，并通过电晕放电生成的NO3HNO3−离子进行电离，形成HSO4HNO3−和H3PO4NO3HNO3−离子。这些离子在质谱中表现出特定的m/z值，能够有效区分硫和磷的化学蒸气产物。

1. 硫和磷的检测：实验表明，硫和磷的检测限分别为29 ng/mL和15 ng/mL。尽管这些检测限受到背景等效浓度和离子通量的限制，但研究结果表明，通过优化仪器性能，检测灵敏度有望进一步提高。

2. 离子簇的形成：离子迁移谱分析揭示了离子簇的形成机制。硫和磷的化学蒸气产物在电离过程中与硝酸形成特定的离子簇，这些簇在质谱中表现出不同的m/z值，从而实现了硫和磷的特异性检测。

3. 化合物依赖性响应：研究发现，磷的响应因子在不同化合物中的变化较小（约10%），表明SCGD能够将不同化学环境中的磷高效转化为磷酸。相比之下，硫的响应因子在不同化合物中变化较大，表明硫的化学蒸气生成效率受化合物结构的影响较大。

结论

本研究提出了一种基于SCGD和APCI的新方法，用于有机化合物中硫和磷的元素检测。该方法通过化学蒸气生成和离子簇形成，实现了硫和磷的高灵敏度检测，并展示了在生物分析和环境监测中的潜在应用价值。研究还表明，通过优化仪器设计和操作条件，检测灵敏度有望进一步提高。

研究亮点

1. 新颖的实验方法：本研究首次将SCGD与APCI结合，用于有机化合物中硫和磷的检测，展示了该方法在非金属元素分析中的潜力。
2. 高灵敏度检测：通过离子迁移谱和质谱分析，研究实现了硫和磷的低浓度检测，检测限分别为29 ng/mL和15 ng/mL。
3. 离子簇的特异性：研究揭示了硫和磷离子簇的形成机制，为后续研究提供了重要的理论基础。

研究意义

该研究为非金属元素的检测提供了一种新的技术路径，特别是在生物分子、药物和农药分析中具有重要的应用前景。通过进一步优化仪器性能，该方法有望在环境监测、食品安全和生物医学研究等领域发挥重要作用。