手機(jī)版
化工儀器網(wǎng)手機(jī)版
化工儀器網(wǎng)小程序
官方微信
公眾號(hào)：chem17
掃碼關(guān)注視頻號(hào)
食安無(wú)憂 | 采用ICP-MS對(duì)營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑中銀納米粒子單粒子的特性研究
前言
納米顆粒指的是尺寸介于1-100納米之間的小物體，在它的傳輸過(guò)程及屬性中其表現(xiàn)為一個(gè)整體單元。由于它們尺寸小，表面積大，納米顆粒在散料中可顯示出不同的化學(xué)和物理性質(zhì)。納米顆粒已找到其進(jìn)入大量消費(fèi)產(chǎn)品的路徑。截至2013年，據(jù)估計(jì)已經(jīng)有超過(guò)1300中不同的消費(fèi)產(chǎn)品中含有納米顆粒的特性。在各種不同品種的消費(fèi)產(chǎn)品中銀納米粒子是最常見的元素（>23%）1。消費(fèi)產(chǎn)品的制造商使用AgNPs主要是由于它們已知的抗微生物性。由于它們的尺寸非常小，AgNPs具有很大的表面積，從而能提高其反應(yīng)速率，增加了銀的抗微生物效力。
膠體納米銀的使用直接推向了公眾市場(chǎng)，比如以無(wú)臭衣服，防霉浴簾，食品容器及食品砧板的形式出現(xiàn)，甚至有以人類直接食用的膳食補(bǔ)充劑以提高免疫系統(tǒng)形式的物品被廣為宣傳。
盡管銀納米顆粒已經(jīng)成為微生物戰(zhàn)役中的有利武器，人們還是擔(dān)心AgNPs排放到環(huán)境中是否會(huì)對(duì)植物和水生生物造成影響。其它研究表明，AgNPs能殺死實(shí)驗(yàn)室老鼠的肝臟和腦細(xì)胞。在納米尺寸下，AgNPs能很輕易地滲入到器官和細(xì)胞中2。
為了更好地了解AgNPs在我們環(huán)境中的命運(yùn)，通常需要采用多種技術(shù)來(lái)測(cè)量以下特性：顆粒濃度、組成、形狀、尺寸、尺寸分布，以及溶解性和凝聚跟蹤。電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）是非常靈敏的元素分析技術(shù)，能用于研究環(huán)境中元素的相關(guān)濃度。近來(lái)，這種技術(shù)的功能已經(jīng)擴(kuò)展到單粒子分析模式（SP-ICP-MS）3,4，一個(gè)獨(dú)特的操作式允許規(guī)定元素組成的不同離子和顆粒形式進(jìn)入等離子體源。所得到的數(shù)據(jù)可以用于非常低的顆粒濃度、大小，大小分布和溶解濃度的測(cè)定，使得SP-ICP-MS成為評(píng)估納米顆粒在不同環(huán)境介質(zhì)中命運(yùn)的常規(guī)技術(shù)。
實(shí)驗(yàn)
儀器條件
懸浮在樣品溶液中的銀納米粒子，通過(guò)標(biāo)配的霧化器和霧室組合以相同的方式進(jìn)入到等離子體中。但是，采集數(shù)據(jù)的參數(shù)是有嚴(yán)格區(qū)別的。每個(gè)小的納米顆粒進(jìn)入等離子體后會(huì)被電離成非常短的脈沖離子。為了精確地測(cè)量該脈沖離子，儀器的四級(jí)桿和電子測(cè)量器件必須能夠在兩位數(shù)微秒的范圍內(nèi)獲得數(shù)據(jù)。
圖1展示了單一納米粒子云產(chǎn)生的實(shí)時(shí)信號(hào)。在這項(xiàng)研究中，讀數(shù)期間沒有設(shè)置時(shí)間，儀器采用50微秒的停留時(shí)間連續(xù)采集數(shù)據(jù)；避免失蹤顆粒或部分集成粒子信號(hào)的遺失，提高了粒子技術(shù)和尺寸信息的獲取幾率。
圖1.SP-ICP-MS捕獲的單個(gè)納米銀粒子的信號(hào)，數(shù)據(jù)在50微秒的停留時(shí)間和零四級(jí)桿穩(wěn)定時(shí)間下獲得（點(diǎn)擊查看大圖）
SP-ICP-MS的數(shù)據(jù)處理是根據(jù)每個(gè)粒子通過(guò)等離子體源能力的差別以及顆粒和溶解金屬之間進(jìn)行分別的能力進(jìn)行計(jì)數(shù)的。
1
當(dāng)采用ICP-MS對(duì)可溶性金屬進(jìn)行分析時(shí)，得到的通常是穩(wěn)定狀態(tài)信號(hào)（圖2a）。
2
當(dāng)分析稀釋的納米顆粒懸浮液時(shí)，顯示出單獨(dú)納米顆粒的脈沖離子串或羽狀物（圖2b）。
圖2.（a）來(lái)自溶解離子銀的連續(xù)信號(hào)；（b）含有AgNPs樣品的原始數(shù)據(jù)（點(diǎn)擊查看大圖）
Syngistix?納米應(yīng)用模塊（珀金埃爾默，Shelton，CT），用于ICP-MS Syngistix軟件的延伸，計(jì)算出金屬溶出濃度（μg/L）顆粒的濃度（particles/mL），顆粒的尺寸和尺寸分布，展示了實(shí)時(shí)采集的樣品數(shù)據(jù)以及尺寸分布圖（圖3）。
圖3.SP-ICP.MS Syngistix納米應(yīng)用模塊的結(jié)果圖，展示了尺寸的分布圖及底部可調(diào)的積分窗口（點(diǎn)擊查看大圖）
實(shí)際上進(jìn)入等離子體的分析物僅是吸入量的一部分。此比率稱為傳輸效率，是粒子濃度計(jì)算的一個(gè)組成部分5。已知大小和濃度的AgNP懸浮液可通過(guò)幾個(gè)商業(yè)渠道來(lái)獲得。
1
對(duì)于尺寸和傳輸效率的計(jì)算，這項(xiàng)工作可通過(guò)Ted Pella公司檸檬酸鹽緩沖液中的20 nm，50 nm和80 nm的納米銀顆粒懸浮液來(lái)進(jìn)行研究。
2
對(duì)于離子型和溶解性銀的測(cè)定，可通過(guò)建立0.5-5 ug/L的標(biāo)準(zhǔn)曲線來(lái)進(jìn)行測(cè)定，此標(biāo)準(zhǔn)序列采用PE純的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液進(jìn)行配置（珀金埃爾默，Shelton，CT）。
Syngistix納米應(yīng)用模塊通過(guò)SP-ICP-MS智能工作流模式下數(shù)據(jù)采集的所有組件來(lái)引導(dǎo)用戶。所有儀器的工作條件見表1：
表1.儀器運(yùn)行參數(shù)和條件
樣品制備
相應(yīng)的納米銀離子和三個(gè)市售營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑樣品置于超聲波浴中超過(guò)5分鐘，以確保顆粒被均勻地分布在溶液中并減少結(jié)塊。樣品依次用實(shí)驗(yàn)室一級(jí)去離子水稀釋并定容到50 mL聚乙烯樣品管中。
對(duì)樣品和參比溶液進(jìn)行稀釋，使得所述顆粒的濃度為約20萬(wàn)個(gè)粒子/mL。這些稀釋能使測(cè)量在單個(gè)粒子的模式下進(jìn)行，盡可能降低粒子的重合。
圖4.此實(shí)驗(yàn)中用到的含有納米銀粒子的三個(gè)市售營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑
結(jié)果
SP-ICP-MS獲得未知樣品的不同種類的信息。在獲取數(shù)據(jù)時(shí)，所產(chǎn)生的ICP-MS信號(hào)可以實(shí)時(shí)查看。這提供了被分析樣品的實(shí)時(shí)信息，應(yīng)有助于提示用戶是否需要對(duì)樣品進(jìn)行進(jìn)一步的稀釋以避免粒子的重合。
1
數(shù)據(jù)被采集后，能通過(guò)多種方式進(jìn)行審查。
2
圖形，尺寸數(shù)據(jù)以尺寸分布圖的形式進(jìn)行展現(xiàn)。
3
在可調(diào)節(jié)的積分窗口，可通過(guò)滑動(dòng)條來(lái)選擇尺寸分布片段以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評(píng)估。
4
在滾動(dòng)結(jié)果列表中顯示了每個(gè)樣品的詳細(xì)信息，如：最常見的大小、平均大小、顆粒濃度、溶解濃度以及顆粒計(jì)數(shù)的其它信息。
圖5和圖6展示了1號(hào)樣品和2號(hào)樣品中AgNPs尺寸分布圖。兩者都使用了對(duì)數(shù)正態(tài)擬合方式進(jìn)行計(jì)算，見圖中的實(shí)線部分。樣品1的數(shù)據(jù)顯示顆粒的一個(gè)明顯的分布約為15 nm，而樣品2的數(shù)據(jù)顯示顆粒的分布為約33 nm。
圖5.來(lái)自Syngistix Nano應(yīng)用模塊的樣品1尺寸分布直方圖（點(diǎn)擊查看大圖）
圖6.來(lái)自Syngistix Nano應(yīng)用模塊的樣品2尺寸分布直方圖（點(diǎn)擊查看大圖）
樣品的數(shù)據(jù)見表2。此外，儲(chǔ)存分布結(jié)果列，Syngistix納米應(yīng)用模塊給出了樣品的顆粒濃度和溶解濃度。表2中顯示的濃度結(jié)果通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的稀釋液進(jìn)行校正。Ted Pella? 50 nm AgNP標(biāo)準(zhǔn)溶液用于樣品審核控制。48 nm作為最常見的尺寸與給定值50 nm非常吻合，并且所測(cè)量的顆粒濃度與制造商給出的2.5 E+10顆粒/mL濃度值非常吻合。
表2.飲食補(bǔ)充劑樣品中銀的SP-ICP-MS分析結(jié)果
參考文獻(xiàn)
1. Zhang，Hongyin，"Application of Silver Nanoparticles in Drinking Water Purification"(2013)Open Access Dissertations. Paper 29.http://digitalcommons.uri.edu/oa_diss/29.
2. S. Prabhu and E. Poulose, Interational Nano Letters 2012，2:32.
3. F. Labora，J.Jimenez-Lamana，E. Bolea and J. Castillo，"Selective identification，characterization and determination of dissolved silver and silver nanoparticle detection by inductively coupled plasma mass spectrometry"，J. Anal. At. Spectrm.，2011，Volume 26，Issue 7，pp 1362-1371.
4. F. Labora，E. Bolea，ａnd J. Jimenez-Lamana，Analytical Chemistry 2014，86(5) pp 2270-2278.
5. H.Pace，N.Rogers，C.jarolimek，V.Coleman，C.Higgins and j.Ranville，Analytical Chemistry 2011，(83)，pp 9361-9369.
關(guān)注我們
歡迎點(diǎn)擊閱讀原文提交需求
相關(guān)產(chǎn)品
免責(zé)聲明
- 凡本網(wǎng)注明“來(lái)源：化工儀器網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來(lái)源：化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
- 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來(lái)源（非化工儀器網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí)，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來(lái)源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
- 如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問(wèn)題，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
采購(gòu)中心