纳米颗粒测定仪

日前，由英国著名的薄膜沉积设备制造商Moorfield Nanotechnology公司生产的套纳米颗粒与磁控溅射综合系统在奥地利的莱奥本矿业大学Christian Mitterer教授课题组安装并交付使用。该设备由MiniLab125型磁控溅射系统与纳米颗粒溅射源共同组成，可以同时满足用户对普通薄膜和纳米颗粒膜制备的需求。

至今为止，已有的大多数SP-ICP-MS报道聚焦于无干扰的纳米颗粒，而这种反应模式SP-ICP-MS还未被广泛使用。本工作将专注于证明在反应模式SP-ICP-MS下，NexION通用池技术应用于测定纳米颗粒。

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(1-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料。由于它的尺寸很小，会产生很多特殊的效应，比如小尺寸效应、隧道效应以及大的比表面积效应等，因此使得纳米材料表现出不同的物理化学特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，因而现在纳米材料被广泛应用于医药、化工、冶金、电子、机械、轻工、建筑及环保等行业。但由于其颗粒非常小，因此颗粒大小的检测也就成为了挑战，国际上对于超细颗粒的粒度测试一般有三种方法，即电子显微镜、动态光散射以及激光衍射。

本研究概述了定量和表征纳米元素氧化物纳米颗粒（氧单颗粒ICP-MS测定化学-机械整平中使用的元素氧化物纳米颗粒悬浮物的特性ICP - Mass Spectrometry应用文章化铝和氧化铈），这些常用于纳米电子学和半导体制造行业中化学-机械 (CMP)半导体表面的平整。CMP是一个结合了化学和机械外力平滑平面的过程，此步骤为光刻作准备。

通过准确获取应用于工程新型材料纳米颗粒的环境行为和颗粒大小、溶解率、颗粒团聚以及与样品基体的相互作用的准确数据来对这些新材料可能对环境健康造成危险的情况进行适当的描述。单粒子质谱技术的突破给自然生态系统对ppb级（ng/L）浓度纳米颗粒对环境影响的研究带来非常大的便利。本文使用syngistix™ 纳米应用模块颗粒测量/检测和自动数据处理，传输效率的测定（即颗粒的检测，在溶液百分比）是关键使用校准时确定ENP规模的基础上溶解标准。为了避免重合（即两个粒子在相同的脉冲被检测到），调整粒子浓度，使得在60s的检测时间内不多于1500个粒子被采集。溶解电势不同可能是区分粒子溶解过程和离子溶解过程的一个关键因素。这项研究在表明在各种各样交宽泛的条件下可以通过SP-ICP-MS定量计算Ag粒子的溶解率是可行的。而该方法在只有有限的方法可直接应用于水样的分析，特别是还要考虑ENP预期的溶解情况下显得尤为重要

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。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) 模式，能够在快至 100 ?s 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。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。

相较于传统的纳米颗粒纯化方法，如超速离心、搅拌室过滤、透析或者色谱方法，中空纤维洗滤（中空纤维切向流过滤）是一种更加高效、快速的替代方法。中空纤维洗滤可以用于纯化多种纳米颗粒，包括脂质体、胶乳颗粒、磁珠以及纳米管。中空纤维洗滤是一种基于膜分离的技术，膜孔径的大小决定了大分子或颗粒是被截留还是通过。这是一种流动的过程，样品温和循环通过管状膜。通过缓冲液的置换，可以获得纯化的纳米颗粒。中空纤维膜洗滤可以从研发体积直接线性放大到生产规模。通过增加膜纤维数量并维持关键操作参数，大体积样品可在和小规模研发体积一致的条件下完成。

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。

由于工程纳米颗粒 (EN) 在各行业中的使用不断增加以及对环境和消费者风险开展的后续研究也在不断增加，对纳米颗粒 (NP) 表征的需求在近年呈现爆炸式增长的趋势。

本文通过使用真空干燥箱对不同类型纳米颗粒进行干燥处理，研究了干燥条件对纳米颗粒性能的影响。实验结果表明，温度、真空度和干燥时间是影响纳米颗粒性能的关键参数。

伴随着工程纳米材料在各个不同产品和过程的使用不断增加，人们开始对纳米粒子（ENPs）的释放对环境和人类健康造成的影响产生了担心。当研究如何准确测定植物吸收的单颗粒ENPs时，样品制备成该研究的最大的挑战。目前的样品制备技术局限性在于，一旦纳米颗粒ENPs进入植物组织它的浓度及特性就不受控制，因为它们是主要依靠酸来溶解的。这种技术的缺陷我们可以通过仔细选择纳米颗粒ENPs提取执行分析程序来避免。单颗粒等离子体技术允许大量样品的快速分析，同时获得粒度、产量、浓度和粒度分布等信息。这项研究工作的目标是开发一种从植物中提取其吸收的纳米颗粒ENPs的程序并借助单颗粒等离子体质谱仪进行分析。

近些年来，纳米颗粒材料被越来越广泛的应用于衣食住行等各领域内，由此带来的潜在的纳米颗粒污染问题，逐渐引起了人们的重视。单颗粒电感耦合等离子体质谱（spICP-MS）技术是近年来发展起来的可用于进行纳米颗粒表征的方法。使用此方法，可实现一次进样同时完成颗粒粒径、数量浓度、元素含量及粒径分布的分析。

本研究提出了一种有效制备金纳米颗粒的方法，其策略为将离子液体（ILs）作为捕获介质并与电弧等离子体沉积技术相结合。这种方法不需要化学反应。通过选择离子液体，可以对金纳米颗粒的粒径进行有效地调控，并可以方便地实现宏量制备。

要研究纳米颗粒（ENPs）对环境的影响，就必须探索纳米颗粒（ENPs）如何通过在水和土壤中的迁徙而被植物吸收的。如果纳米颗粒ENPs最终为食品作物所吸收，那么人类就直接面临ENPs释放造成的影响。研究团队研究的是如何准确测定植物吸收的单颗粒ENPs，在具体实验过程中，样品制备成该研究的最大的挑战。就我们所知，目前的样品制备技术局限性在于，一旦纳米颗粒ENPs进入植物组织它的浓度及特性就不受控制，因为它们是主要依靠酸来溶解的。该技术的缺陷可以通过甄选合适的提取方法并结合单颗粒ICPMS（SP-ICP-MS）技术来避免，SP-ICP-MS可最大程度保留颗粒尺寸信息，并在短时间内分析大量样品。同时获得粒度、浓度和粒度分布等信息。?这项研究工作的目标是开发一种从植物中提取其吸收的纳米颗粒ENPs的程序并借助单颗粒等离子体质谱仪进行分析。一旦这些步骤可以确定可行，那么它们都会被用于西红柿摄取金（Au）纳米颗粒含量的测定，这里介绍的内容有更加深入的研究可见参考文献。

随着纳米颗粒兴趣的增加，各种测试方法正被应用。采用单颗粒模式电感耦合等离子体质谱法（SP-ICP-MS）分析金属纳米粒子成为最有前途的技术之一。由于其高灵敏度、易用性和分析速度快等特点，ICP-MS是一种理想的技术，用于检测纳米颗粒的特性：无机成分、浓度、尺寸大小、粒度分布和聚集等。ICP-MS分析挑战之一为干扰导致错误的分析结果。然而，这并非是一个问题，因为迄今为止大多数SP-ICP-MS应用均没有涉及到基体干扰或常规光谱干扰问题。例如，金和银纳米粒子在工业中应用较广，未受到常规干扰。另外，大多数纳米颗粒存在简单基体中，该基体几乎不产生干扰。随着纳米技术领域的拓展，分析需求增加，尤其是需要测定纳米颗粒中受干扰的元素，如扩展为其它受干扰的金属纳米粒子，如钛，铬，锌或硅。例如，由于零价铁纳米（ZVI）颗粒具有独特的化学特性和相对大的比表面积，使之更广泛应用于环境修复项目中。由于他们独特的性质，ZVI纳米粒子具有以下作用：去除有机溶剂中氯，转化肥料中有害化合物，降解杀虫剂和固定金属。然而，为监测ZVI颗粒，铁需被测定，因为存在基于等离子体产生的信号ArO+对同样质量数（56）铁的最高丰度同位素（56Fe+丰度91.72%）形成严重干扰。消除这种干扰的最有效方式是采用氨气作为反应气的反应模式ICP-MS。至今为止，已有的大多数SP-ICP-MS报道聚焦于无干扰的纳米粒子，而这种反应模式SP-ICP-MS还未被广泛使用。本工作将专注于证明在反应模式SP-ICP-MS下，NexION通用池技术应用于测定纳米粒子。

有一系列的分析技术都可以用来测量纳米颗粒的粒径。下面我们列出了六种方法，它们都可以提供总体层面(E)或者单个纳米颗粒层面(SP)的信息:1. 动态光散射(E)2. 圆盘离心(E)3. 纳米粒子追踪分析(SP)4. 可调谐电阻脉冲传感（SP）5. 原子力显微镜(SP)

高灵敏度和低背景噪音对 ICP-MS 法检测小纳米颗粒至关重要。纳米颗粒电离生 成的信号随粒径的立方而减小。这就要求检测极小颗粒（如 10 nm Au 颗粒 (NIST 8011)）时，ICP-MS 仪器的灵敏度远高于检测一般 NIST 参比物质（如 NIST 8012 (30 nm) 和 8013 (60 nm)）时的要求。 本研究证明了 Agilent 7800 ICP-MS 能够轻松达到测定 10 nm Au 纳米颗粒所需的信噪比，无需复杂的反应池气体或定制调谐条件即可实现。所采用的标准操作条件可 轻松应用于含有其他元素（例如 Ag）的纳米颗粒。

使用ICP-MS测量硅（Si）富有挑战性。等离子体中形成的14N2+和12C16O+ 多原子离子，与丰度最高的Si同位素（28Si 92 %丰度）的m/z相同。因此，当多原子离子未被去除时（标准模式下），m/z 28处的背景等效浓度非常高。它抑制了低水平Si的测定，让SiO2纳米颗粒的检测变得更加困难。此外，Si的电离势相对较高，其电离也更具挑战性，导致其强度低于其它易电离的元素，如Na。然而，如果能提高信背比（S/B），就有可能检测到更小的SiO2纳米颗粒。在之前的应用报告中，2我们介绍过100 nm SiO2纳米颗粒标准品可以使用SP-ICP-MS进行分析，且无需去除干扰（标准模式下）。然而，如果能在反应模式下去除干扰，预期能精准测量更小的SiO2纳米颗粒。本工作将讨论在反应模式下，通过SP-ICP-MS检测、测量和表征SiO2纳米颗粒的能力。

ICP-MS 已经成为检测和表征溶液中纳米颗粒的技术。与其他技术相比，ICP-MS 的独特之处在于它能够在一次快速分析中提供有关纳米颗粒大小、粒度分布、元素组成以及数量浓度的信息。此外，只有 ICP-MS 才能同步测定样品中溶解态分析物的浓度。 ICP-MS 可在两种不同模式下使用：在单颗粒模式下表征单个颗粒，或者与场流分离或毛细管电泳等分离技术联用以表征大批量样品。这两种技术各有优劣，但是配合使用时却能优势互补。

本篇应用报告，我们使用丹东百特仪器公司的BeNano 90 Zeta 纳米粒度及Zeta电位分析仪检测了分散在水性环境中的纳米黑炭黑颗粒的粒径信息和Zeta电位，并得出结论。

单颗粒ICP-MS（SP-ICP-MS）已成为分析各种环境样品中纳米颗粒（NPs）的重要工具。该方法能够在单次分析中快速、准确地分析粒径、颗粒浓度和溶解离子浓度，从而成为跟踪纳米颗粒在自然系统中的行为（溶解和聚合）的首选技术。然而，纳米颗粒在环境样品中的溶解和聚合取决于基体，且样品基体组成和浓度对其具有极大影响。使用NexION? ICP-MS的全基体进样系统（AMS）进行分析，可以提供在线地利用气体对雾室中气溶胶进行稀释的功能，从而避免人为稀释样品。

ICP-MS 已经成为检测和表征溶液中纳米颗粒的首选技术。与其他技术相比，ICP-MS 的独特之处在于它能够在一次快速分析中提供有关纳米颗粒大小、粒度分布、元素组成以及数量浓度的信息。此外，只有 ICP-MS 才能同步测定样品中溶解态分析物的浓度。ICP-MS 可在两种不同模式下使用：在单颗粒模式下表征单个颗粒，或者与场流分离或毛细管电泳等分离技术联用以表征大批量样品。这两种技术各有优劣，但是配合使用时却能优势互补。

纳米材料在许多消费产品领域的快速发展和应用要求我们必须快速和准确地对不同粒径和成分的纳米颗粒（NP） 进行表征。有多种技术可用来表征由金属组成的和含有金属成分的纳米颗粒，但均受技术所限无法大规模应用1。相比于这些技术，单颗粒ICP-MS 技术（SP-ICP-MS）具有明显的优势和更广的应用范围，已有大量资料证明它可以快速对金属纳米颗粒和/ 或纳米材料的组成和数量进行表征。欧盟委员会（EC）（2011/696/EU）对“纳米材料”的建议定义为：纳米材料是一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料，这一基本颗粒的一维或多维尺寸在1 纳米至100 纳米之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50%以上。一般而言，SP-ICP-MS 纳米颗粒（NP）分析的挑战之一就是准确地表征粒径小于20 nm 的颗粒。为了检测到尺寸小于20 nm 的纳米颗粒，SP-ICP-MS方法必须具备高灵敏度、快速数据采集速率（ 75μ s 驻留时间）和低本底等特点。另外，具有自动阈值检测和实时本底扣除功能的数据处理软件也是至关重要的。本文介绍了搭载了独特射频发生器和离子透镜技术的珀金埃尔默公司NexION® 2000ICP-MS 配合Syngistix ™ 纳米应用软件模块可以准确地测量单一粒径或混合粒径纳米颗粒样品中粒径小于和等于10 nm 的纳米颗粒并对其进行表征。

Oaku团队致力于通过纳米技术，特别是通过珠磨法制备了5％MXD纳米颗粒制剂（MXD-NPs）。该配方既具有MXD纳米颗粒的分散性，又通过使用靶向毛囊的纳米颗粒来增强毛发生长效果，从而解决MXD治疗AGA中的疗效和安全性之间的平衡问题。

ISO/TS 276871和ASTM E24562都将纳米粒子定义为100nm及以下的粒径，使其成为使用广泛的分类。由于科学和其他原因，不太严格的解释扩大了上限范围。现在许多大于100nm的纳米材料通常被称为纳米颗粒。开发这种尺寸范围的药物产品的动机在于改善其溶出度/生物利用度、靶向性、系统中的循环时间和药代动力学。

用LaVision的图像增强器IRO，Imager Intense 相机和染料激光器构成了一套OH PLIF 自由基测量系统。对在反应流中产生的纳米颗粒特性进行了表征。

相比于传统临床手段，纳米颗粒的治疗手段表现出更好的组织特异性和生物相容性，且具有易于功能化的优点，具有潜在的临床应用价值。纳米颗粒载药过程需要利用特定的物理化学性质包裹特定类型的药物，载药策略和实施这些策略的过程对于载药系统的稳定性至关重要。

过去二十年中，随着工程纳米材料（ENMs）产量和使用量迅速增加，它们向环境中释放带来了潜在危害。因此，研究他们对环境影响至关重要。对环境中工程纳米材料进行合适的生态危害评价和管理，需要对工程纳米材料准确定量暴露和影响1，最理想方式通过原位分析并给出物理化学特性。然而，由于环境介质中纳米粒子浓度非常低，大多数分析技术并非适合2。最近出版了关于自然新鲜水和合成复杂水样中金属纳米粒子的持久性、聚合和溶解性的研究3-7。一直以来，颗粒尺寸采用色散光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）测量颗粒尺寸，而溶解量采用超滤测定。这些常规技术对测定复杂水体中存在低浓度的胶体形态非常有限。另外，单颗粒ICP-MS（SP-ICP-MS）被公认为一种定量和定性低浓度的金属纳米粒子最有前途的方法8-10。相对目前方法，SP-ICP-MS可快速有效并提供更多信息的技术。它能够测定颗粒尺寸分布、颗粒数量浓度、溶解金属比例等。而且，它能够区分不同元素粒子。SP-ICP-MS原理基于测量一个单粒子产生的信号强度。悬浮纳米粒子必须有效稀释，以确保一次只有一个单颗粒到达等离子体中，然后被原子化和离子化，产生相对高信号强度，在一个脉冲中被检测出。如果在颗粒悬浮物包含相同可溶性的元素，该元素将产生一个连续不变信号，形成均一分布的结果。Duegeldre11-15首次采用理论方法处理了自然金属胶体的信号强度与时间关系记录图，随后Laborda等16,17支持了该方法。本工作使用珀金埃尔默NexION 350X ICP-MS和纳米应用Syngistix TM模块软件测定和定性环境水体中金属纳米粒子。

金纳米颗粒的大小是一个关键的物理参数4，需要仔细测量。颗粒大小影响吸光度波长(尺寸增大=波长更长)、表面等离子体共振(SPR)峰值、细胞内摄取、血液半衰期和生物分布特征(尺寸减小=血液半衰期增加)等特性。颗粒的大小和分布宽窄可以作为悬浮稳定性的指标。表面电荷(zeta电位)测量也被用作悬浮稳定性的指示。

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