单颗粒ICP-MS应用 | 土壤中二氧化铈纳米颗粒

二氧化铈CeO2纳米颗粒广泛用于工业领域，一旦被排放到环境中，土壤很可能成为储存颗粒的主要介质。尽管如此，由于环境中含铈矿物丰富导致天然本底较高，而CeO2纳米颗粒的含量非常低，因此检测和表征环境样品中的CeO2纳米颗粒仍然是一项挑战。单颗粒ICP-MS（SP-ICP-MS）已被证明是一种检测和表征工程纳米颗粒的强大技术，特别是在极低浓度下（尤其是环境样品），因为该技术能够快速提供有关粒径、粒径分布和颗粒计数浓度的有关信息。

本文介绍了一种焦磷酸钠（TSPP）提取，并使用SP-ICP-MS技术检测土壤样品中CeO2纳米颗粒的有效方法。

样品

CeO2纳米颗粒标准物质（30-50nm），US ResearchNanomaterials公司（美国德克萨斯州休斯顿市）。

溶解铈标准品，High-Purity Standards标液公司（美国南卡罗来纳州查尔斯顿市）。

土壤，密苏里科技大学校园内收集的5厘米表层土壤。使用前，将土壤在烘箱中100℃下干燥，随后用陶瓷研钵和研杵研磨成细粉。然后将粉末样品在室温下储存在塑料样品袋中，以备将来使用。

实验

所有样品分析均使用珀金埃尔默NexION® ICP-MS（美国康涅狄格州谢尔顿）单颗粒模式进行。如表1所示，仪器操作条件经过优化，大灵敏度适于检测140Ce，这是储量丰富的铈同位素，也不会受到干扰。

实验结果

为了确定CeO2纳米颗粒的方法检出限（MDL），对由一系列0.5mg/L的CeO2纳米颗粒用0.025mM焦磷酸钠溶液稀释得到的标准品中各种颗粒的浓度（范围在500至256000NPs/mL）进行了分析。如图1 所示，测得的颗粒浓度表明颗粒浓度范围在0.0078g/L至1g/L之间呈线性趋势。但当颗粒浓度进一步降低至小于0.0078g/L时，数据偏离了校准曲线。这表明目前确立的SP-ICP-MS方法能够精确检测低1700NPs/mL的CeO2纳米颗粒，其灵敏度*。

用2.5 mM焦磷酸钠对加标和未加标的土壤进行提取，然后通过SP-ICP-MS进行分析。图3显示了两个样品的结果原始数据。可以看出，在两种情况下都出现了连续和脉冲信号，表明在两种土壤样品中都存在溶解的和颗粒态的铈。

为了探究焦磷酸钠浓度对土壤中CeO2纳米颗粒提取效率的影响，采用三种不同浓度的焦磷酸钠溶液（2.5mM，5 mM和10 mM）提取添加CeO2纳米颗粒土壤样品，并比较提取率。表2显示2.5 mM和5 mM的焦磷酸钠可以有效地从土壤中提取颗粒和溶解的铈（包括小于粒径检测限的颗粒）。然而，10 mM的焦磷酸钠会导致回收率较高。因此，通过该SP-ICP-MS方法，用于分析土壤中CeO2纳米颗粒的焦磷酸钠浓度应在2.5至5mM范围内。

结论

本文证明了通过使用珀金埃尔默公司的NexION ICP-MS和Syngistix纳米应用软件模块，SP-ICP-MS法可用于在土壤样品中准确检测CeO2纳米颗粒。通过使用本文中所示的提取和检测方法，可以在不改变颗粒的理化性质的情况下，成功测定在天然土壤样品中添加CeO2的颗粒计数浓度、粒径和粒径分布。

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