气相色谱-同位素比质谱法实现皮摩尔级羰基硫三重硫同位素高精度分析

为解决全球羰基硫（COS）收支不平衡及来源解析难题，日本研究人员开发了基于GC-IRMS（气相色谱-同位素比质谱）的超灵敏分析系统，首次实现16-40 pmol COS样本中δ33S、δ34S和Δ33S值的高精度测定（精度达0.5-1.4‰），并证实人为排放是大气COS缺失的主要来源。该技术为全球尺度COS同位素观测网络建立提供关键方法支撑。

　　

研究背景：追踪大气中的"硫密码"
羰基硫（Carbonyl Sulfide, COS）是大气中最丰富的含硫气体，浓度仅500 ppt（万亿分之一）却牵动地球系统科学两大核心问题：作为平流层硫酸盐气溶胶（SSA）的主要前体物，它影响臭氧层和辐射平衡；因其与植物气孔吸收CO₂的相似性，又被视为陆地总初级生产力（GPP）的潜在示踪剂。然而当前全球COS收支存在430 Gg S/a的巨大缺口，传统同位素分析方法需数万升空气样本，严重制约溯源研究。

技术突破：皮摩尔级同位素分析的精密工程
日本国立先进工业科学技术研究所（AIST）团队通过四项关键技术革新：

1. 优化S⁺离子信号放大器，灵敏度提升至16 pmol COS（相当于0.8 L空气样本）
2. 采用60°C低温加热系统避免COS热降解
3. 双色谱柱联用实现杂质完全分离
4. 开发可稳定保存COS 6个月的特制采样瓶

关键发现：

1. 精度验证：对16-40 pmol COS样本，δ³⁴S分析精度达0.5‰（1σ），较传统方法样本量降低两个数量级
2. 日本观测数据：2024年10月茨城测量显示δ³⁴S=12.6±0.9‰，Δ³³S=0.2±1.3‰，后者显著高于文献报告的-7‰
3. 来源解析：质量平衡模型表明人为排放和生物质燃烧贡献了主要缺失源，海洋排放假说无法单独解释

科学意义：
这项发表于《Analytica Chimica Acta》的研究建立了目前最灵敏的大气COS三重硫同位素（δ³³S/δ³⁴S/Δ³³S）分析方法，其突破性在于：

1. 首次实现1L以下空气样本的野外适用性采集，使极地、高原等偏远地区观测成为可能
2. Δ³³S异常值暗示COS可能存在未知的非质量依赖分馏（MIF）过程
3. 为验证"海洋排放假说"与"人为源假说"提供直接同位素证据链

未来展望：
研究者指出，该方法可拓展至平流层采样和实验室模拟研究，结合全球观测网络数据，将最终破解COS生物地球化学循环的未解之谜。技术细节显示，系统通过抑制O₂⁺碎片干扰（m/z 32-34重叠）和优化离子源效率，使检测限突破皮摩尔级，这为其他超痕量气体同位素分析提供了范式转移。