7900 ICP-MS实现单个纳米颗粒的自动化高灵敏度分析

纳米技术的发展将对各个行业领域产生重要影响。由于纳米颗粒 (NP) 的理化性质较为新颖，它们的许多环境归宿和毒理学性质仍然不为人知。因此，人们对一种能够快速、准确而灵敏地完成各种类型样品中纳米颗粒表征与定量的技术的需求也日益增长。ICP-MS 技术中称作单颗粒 ICP-MS (sp-ICP-MS) 的方法可用来测定单个纳米颗粒。该方法在一次快速分析中可同时测定纳米颗粒的粒径、粒径分布、元素组成和计数浓度 [1-3]。我们对 ICP-MS 硬件和软件的最新升级进一步改善了这一技术。安捷伦针对 ICP-MS MassHunter 软件开发出一种专用的单纳米颗粒应用模块 (G5714A)，可简化使用 Agilent 7900 ICP-MS 进行 sp-ICP-MS 分析的过程。

7900 ICP-MS 系统使用短驻留时间（1 ms 以下）和快速时间分辨分析 (TRA) 模使用配备单纳米颗粒应用模块的 Agilent7900 ICP-MS 实现单个纳米颗粒的自动化高灵敏度分析应用简报作者Michiko Yamanaka、KazuoYamanaka 和 Takayuki Itagaki安捷伦科技公司，日本Steven Wilbur安捷伦科技公司，美国Ed McCurdy安捷伦科技公司，英国材料、环境2式，能够在快至 100 µs 的采样速率下完成单元素采集，且无需稳定时间。该方法在单颗粒信号脉冲期间可进行多次测定，显著降低了相邻颗粒信号重叠的风险。该方法的另一优势在于可使用较低的样品稀释比例和更短的样品采集时间。sp-ICP-MS 分析产生的海量数据可由单纳米颗粒应用模块管理并处理 [4]。

本文利用金 (Au) 和银 (Ag) 纳米颗粒参比标样对配备单纳米颗粒应用模块的 Agilent 7900 ICP-MS 性能进行了评估。

实验部分标准物质和样品前处理使用的 Au 纳米颗粒标准物质为标称粒径为 60 nm（透射电子显微镜 (TEM) 测定值为 56.0 ± 0.5 nm）的 NIST 8013和标称粒径为 30 nm（TEM 测定值为 27.6 ± 2.1 nm）的NIST 8012。还使用了四种购自 Sigma-Aldrich 的 Ag 纳米颗粒样品，其标称粒径分别为 20 nm、40 nm、60 nm 和100 nm。所有标准物质和样品均使用含 10% 乙醇的去离子水溶液稀释到 10 ng/L - 100 ng/L 之间，并通过超声处理 5 min 以确保样品均匀性。使用 10% 乙醇/1% HCl 配制1 µg/L Au 离子标样并用于测定元素响应因子。仪器Agilent 7900 ICP-MS 的使用贯穿始终。这款仪器配备标准镍采样锥和截取锥、标准玻璃同心雾化器、石英雾化室以及石英炬管。通过标准蠕动泵及泵管（内径 1.02 mm）将样品直接引入 ICP-MS 中。分析采用 TRA 模式，积分时间为每个数据点 0.1 ms (100 µs)，且测定之间无需稳定时间。研究采用 ICP-MS MassHunter 软件新开发的单纳米颗粒应用模块进行方法设置和数据分析。方法向导指导用户完成整个过程并自动给出或计算最关键的方法参数。如图 1 所示，单颗粒的最终批处理结果以表格和图形格式自动报告。用户可在批量表中滚动浏览样品并查看相应的图形结果。如有需要，用户还可使用强大的手动优化工具。Agilent7900 ICP-MS 的常规设置详见表 1。

结果与讨论纳米颗粒的时间分辨分析纳米颗粒的 ICP-MS 测定结果中包含较窄的时间分辨峰，其强度取决于颗粒质量。典型的峰如图 2 所示。粒径减半将导致质量减小 8 倍，因此信号也随之降低 8 倍。快速 TRA模式能够对单个纳米颗粒离子羽流的形状和持续时间进行测定。

Au 纳米颗粒混合物的分析sp-ICP-MS 除对不同粒径具有优异的分离度以外，还能够测定不同粒径组中的颗粒数。我们制备并测定了两种不同比例的 60 nm 和 30 nm Au 纳米颗粒混合溶液。如表 3 所示，总颗粒浓度的结果优异。如图 4 和图 5 所示，每种粒径的颗粒数分布与制备颗粒数表现出良好的一致性。各组的平均粒径与通过 TEM 获得的粒径值一致。这些结果表明该项技术能够准确区分粒径组。