重庆邮电大学郑培超团队: 毫秒脉冲大气压 SCGD-AES 技术有效提升重金属检测性能

研究背景

重金属离子因其具有致癌或剧毒、生物体富集和不可降解的特点，可通过水循环和食物链传导，严重威胁人类健康和生态环境，被公认为最危险的水污染物之一。因此，建立水体重金属元素的快速、精准检测方法，对于保障生态安全和社会可持续发展具有重要意义。

目前，针对于水体重金属元素检测以光谱和质谱技术为主，如电感耦合等离子体-原子发射光谱 (ICP-OES)、电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS) 等。光谱和质谱技术具有检出限低、精密度高、分析线性范围宽等优点，但是所用设备体积较大，检测过程需要破坏样本、样品消解耗时长，造成样品污染或待测元素损失，难以应用到现场及快速检测，无法为水质安全的源头控制提供有效的检测手段。

溶液阴极辉光放电-原子发射光谱技术 (SCGD-AES) 是目前一种新兴的微等离子体光谱检测技术。与常规的 ICP 激发源构成的 ICP-OES/MS 检测仪器相比，溶液阴极辉光放电激发源运行功率第、结构紧凑、成本低廉的显著优势使得这种装置在小型化元素分析仪器中备受关注。然而，其对重金属的检测能力不高，限制了其现场应用能力。

近日，重庆邮电大学郑培超教授带领研究团队提出了毫秒脉冲大气压溶液阴极辉光放电原子发射光谱技术，有效提升了对重金属的检测能力。该成果以 “Development of milli-second pulsed atmospheric pressure solution cathode glow discharge optical emission spectroscopy for detecting metal elements in aqueous solution” (《用于水质金属元素检测的毫秒脉冲大气压溶液阴极辉光放电原子发射光谱技术》) 为题，发表在英国皇家学会期刊 Journal of Analytical Atomic Spectrometry 上，并入选为期刊封面文章。

该工作创新性的采用毫秒脉冲高压电源驱动待测液体-金属电极，利用脉冲放电“电子加热效应”提升等离子体激发源的激发能力，同时不提高等离子体的气体温度，避免了等离子体的热不稳定性，从而形成稳定的大气压辉光放电等离子体，实现重金属元素的高效激发；采用时间分辨光谱仪捕获产生的重金属元素发射光谱，实现了重金属元素的高灵敏度激发，对 Na、K、Cu、Co，Cd、Mn、Ag 等元素的检测限分别达到 0.08、0.05、3.43、63.64、69.48、9.05 和 2.04 μg/L，为水溶液样品中的金属离子检测提供了一种有效方法。

论文信息

Development of milli-second pulsed atmospheric pressure solution cathode glow discharge optical emission spectroscopy for detecting metal elements in aqueous solution

Zheng Peichao (郑培超, 重庆邮电大学), Yang Yang, Wang Jinmei, Hafiz Imran Ahmad Qazi, Wu Meini, He Yuxin, Hu Qiang, Ding Ning

J. Anal. At. Spectrom., 2022, 37, 1806-1814
https://doi.org/10.1039/D2JA00122E

作者简介

郑培超 教授

重庆邮电大学

本文第一作者、通讯作者，重庆邮电大学教授，博士生导师、校学术委员会委员，担任中国光学工程学会激光诱导击穿光谱专委会常务委员，重庆市光学学会监事、重庆市侨联侨青会理事，是国家重点研发计划、国家自然科学基金及多个省市自治区项目评审专家和十余个国内外重要期刊的审稿专家。长期从事新型光谱测量技术研究，围绕环境检测、农业和工业过程控制中成分快速测量需求，以发射光谱、吸收光谱、荧光光谱等技术为手段，开展成分检测新机制、关键器件开发、计量算法模型和传感设备研制工作。近年来，先后承担国家自然科学基金、重庆市重点和重大项目、教育部留学回国人员科研启动基金、横向委托项目等项目 20 余项，在国内外学术期刊发表 SCI/EI 收录论文80余篇学术论文，申请专利近 40 项。郑培超教授负责设计、指导并组织了本研究工作。

相关期刊

rsc.li/jaas

J. Anal. At. Spectrom.

2-年影响因子*	4.351分
5-年影响因子*	4.059分
最高 JCR 分区*	Q1 光谱
CiteScore 分†	6.1分
中位一审周期‡	38 天

Journal of Analytical Atomic Spectrometry (JAAS) 报道各个应用领域（如生命科学、地球化学、环境科学、材料科学、计量学、法医分析、食品和农业科学、能源、考古等）中对（痕量）元素进行定性、定量和同位素分析的基础研究以及相关方法的开发和创新，包括但不限于各种形式的原子和元素检测（原子发射光谱、原子吸收光谱、荧光光谱和质谱等）、同位素比测定、分子分析、基于等离子体的分析和 X 射线技术等。

Chair

• Heidi Goenaga-Infante
  🇬🇧 英国政府化学家实验室 (LGC)

Editorial board members

Márcia Foster Mesko 🇧🇷 佩洛塔斯联邦大学 Gerardo Gamez 🇺🇸 德克萨斯理工大学 Steve Hill 🇬🇧 普利茅斯大学 Xiandeng Hou (侯贤灯) 🇨🇳 四川大学 Bin Hu (胡斌) 🇨🇳 武汉大学

Björn Meermann 🇩🇪 联邦材料研究与检测局 Jorge Pisonero 🇪🇸 奥维耶多大学 José-Luis Todolí 🇪🇸 阿利坎特大学 Frank Vanhaecke 🇧🇪 根特大学 Vassilia Zorba 🇺🇸 美国劳伦斯·伯克利国家实验室

* 2021 Journal Citation Reports (Clarivate, 2022)

^† CiteScore 2021 by Elsevier

^‡ 中位数，仅统计进入同行评审阶段的稿件

欢迎联系我们发布论文报道
📧 [e-mail]

点击下方「阅读原文」查看论文全文↓↓↓