引言 單粒子電感耦合等離子體質(zhì)譜法（SP-ICP-MS）是一 種分析技術(shù)，已經(jīng)證明在生物、環(huán)境和食品樣品等 多種樣品類型中含金屬納米粒子（NPs）的測量和表 征方面具有巨大的潛力。挑戰(zhàn)性的基質(zhì)之一是 海水，因為海水含鹽量高，在分析納米粒子時，會因基質(zhì)抑制和錐體堵塞而造成嚴(yán)重困難。盡管分 析前的樣品稀釋是克服這些困難的一種直接方法，但我們決定不使用這種方法，因為它可能會因海 水基質(zhì)的離子強(qiáng)度和/或有機(jī)物含量的變化而導(dǎo)致納米粒子的轉(zhuǎn)變。因此我們使用一種進(jìn)樣系統(tǒng)取而 代之，該系統(tǒng)僅在樣品霧化進(jìn)入電感耦合等離子體質(zhì)譜儀前幾毫秒執(zhí)行該稀釋過程。此外，用于監(jiān) 測海水中納米粒子的 SP-ICP-MS 系統(tǒng)必須具有提供所需分析性能的適當(dāng)特性，

包括： 

? 進(jìn)樣系統(tǒng)，可讓未稀釋的海水連續(xù)、高通量地導(dǎo)入到電感耦合等離子體質(zhì)譜儀中； 

? ICP-MS 四極質(zhì)量分析器和檢測器系統(tǒng)，可在零沉降時間的極短停留時間（µs）下工作； 

? 數(shù)據(jù)處理軟件，能近乎實時自動處理單粒子數(shù)據(jù)。

在進(jìn)行大規(guī)模海水圍隔實驗時，水箱是實驗的組成部分，本 文所述工作證明通過該分析技術(shù)，可對從水箱所取海水樣品 中的銀納米粒子進(jìn)行測量和表征。除了海水基質(zhì)外，主要的 挑戰(zhàn)是樣品分析的時效性。因為銀納米粒子在海水中會快速 轉(zhuǎn)變，所以樣品在到達(dá)實驗室后必須在不進(jìn)行事先稀釋的情 況下立即進(jìn)行分析。因此，想要監(jiān)測整個海水圍隔實驗的進(jìn) 度以及在需要時迅速采取糾正措施，必須能夠幾乎實時處理 所獲得的納米粒子數(shù)據(jù)。

實驗 圍隔實驗 樣品采自類似于先前所述的圍隔實驗 1。簡而言之，六個圍 隔實驗水箱各裝滿 3000 L 海水。三個水箱作為對照，而其 他三個水箱每天都用以 50 ng/L 銀添加銀納米粒子。這里 所用的 60 nm 銀納米粒子材料涂覆有支化聚乙烯亞胺 （BPEI）。每天上午添加“新鮮”銀納米粒子懸浮液之前， 從每個水槽中采集海水樣品，連續(xù)采集 10 天。然后將樣品 轉(zhuǎn)移到實驗室，立即進(jìn)行 SP-ICP-MS 分析。 更具體地說，每天上午，使用置于每個水箱中心水面以 下1至1.5 m處的硅膠管從每個圍隔實驗水箱中采集50 mL 海水。用一個大容量注射器產(chǎn)生輕微的抽吸力，從而通過這 根管子將海水轉(zhuǎn)移到取樣管中。將樣品轉(zhuǎn)移到實驗室，立即 進(jìn)行分析。在取樣之后，每天分別向三個罐中添加銀納米粒 子懸浮液（濃度約為 150 µg/L 銀的懸浮液 1 L，取決于每個 圍隔實驗水箱的日容量），將懸浮液釋放到圍隔實驗水箱內(nèi) 的海水表面。最后，使用每個水箱專用槳葉輕輕混合每個水 箱中的海水。

儀器條件 本研究中使用了已敘述進(jìn)樣系統(tǒng)的改進(jìn)版（圖 1）2。改進(jìn) 內(nèi)容包括使用一臺帶有 500 µL 玻璃注射器的注射泵，因而 無需使用進(jìn)樣回路，因為進(jìn)樣回路在某些情況下可能會導(dǎo)致 納米粒子污染。改進(jìn)后的進(jìn)樣系統(tǒng)具有極其高效、穩(wěn)定、多 用途、易清洗等優(yōu)點，提高了其連續(xù)用于海水樣品中納米粒 子高通量測定時的穩(wěn)健性和耐用性。從各海水樣品中取出約 200 µL 置于玻璃注射器中進(jìn)行分析。注射泵以 20 µL/min 的流速輸送樣品。通過氣動霧化器的 T 形件將樣品在線 稀釋 40 倍，因為霧化之前的稀釋混合僅持續(xù)約 200 ms， 因此要立即對樣品進(jìn)行分析，避免銀納米粒子發(fā)生轉(zhuǎn)變。 所有分析都是在 NexION®電感耦合等離子體質(zhì)譜儀上進(jìn)行 的，所用條件見表 1。使用的停留時間為 75 µs。使用 Syngistix™納米應(yīng)用軟件模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。

樣品和標(biāo)準(zhǔn)品 每天從圍隔實驗水箱采集海水樣本，并立即轉(zhuǎn)移到實驗室進(jìn) 行分析（20-30 min 行程時間）。在使用 SP-ICP-MS 進(jìn)行分 析之前，沒有對樣品進(jìn)行過濾或稀釋。 在本研究的整個過程中，為給圍隔實驗海水加標(biāo)及制備納米 粒子標(biāo)準(zhǔn)品，采用了涂覆有支鏈聚乙烯亞胺（BPEI）的銀納 米粒子。涂覆支鏈聚乙烯亞胺的銀納米粒子（Ag BPEI NP） 標(biāo)準(zhǔn)品用對照海水溶液制成，加入了 100 ng 60 nm Ag（Ag  BPEI）NPs/L（相等于約 42000 Ag BPEI NPs/mL）。為了避 免發(fā)生納米粒子溶解（圖 2），立即對該標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行分析， 并將其用于校準(zhǔn) Ag 納米粒子粒度以及結(jié)合計數(shù)方法確定 運輸效率（TE）。

結(jié)果和討論 此應(yīng)用說明所得結(jié)果與每天上午向海水圍隔實驗水箱中加 入 Ag BPEI NPs、共進(jìn)行 10 天后所采集樣品的分析一致。 更具體地說，就是在每天“新鮮”Ag 納米粒子懸浮液加標(biāo) 之前進(jìn)行取樣。在每次加標(biāo)過程中，由于添加一定量 Ag 作 為 Ag 納米粒子，水箱每天會額外增加 50 ng/L 的 Ag，總 共持續(xù) 10 天，因此整個實驗期間 Ag 的總濃度為 500 ng/L。

圖 3 A-C 顯示了第 0 天＋2 小時、第 5 天和第 10 天使用圖 1 所示 SP-ICP-MS 裝置測定時，得到的水箱中 Ag NPs 大小 （直徑）分布。有人提出 Ag NPs 會隨時間逐漸溶解，出現(xiàn) 較小粒度的 Ag NPs 就是證明。但每天添加“新鮮”Ag-NP 懸浮液則有助于 NP 粒度分布向更大粒度方向擴(kuò)展。因此， 觀察到的粒度分布越寬，NPs 在海水中存在的時間以及加標(biāo) 持續(xù)時間越長。

在 SP-ICP-MS 分析過程中也測定了樣品中溶解 Ag（即 Ag+） 的含量。和預(yù)期一樣，溶解 Ag 的含量隨著圍隔實驗持續(xù)時間 的延續(xù)而增大（圖 4，灰色虛線）?？梢允褂?SP-ICP-MS 檢查 系統(tǒng)中 Ag 質(zhì)量平衡。據(jù)觀察，相當(dāng)于檢測 Ag 納米粒子（黃 色虛線）和溶解 Ag 質(zhì)量（灰線）之和的 Ag 總質(zhì)量（藍(lán)線） 與作為 Ag NPs 添加到圍隔實驗水箱中的總 Ag（橙色雙線） 十分吻合。這表明，所用分析系統(tǒng)能夠計量幾乎所有添加到海 水圍隔實驗水箱中的 Ag 質(zhì)量，即使已經(jīng)部分轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙?Ag。

SP-ICP-MS 的能力還體現(xiàn)在可測定 Ag 納米粒子的數(shù)量 濃度（圖 5），該濃度在第 10 天似乎呈現(xiàn)出凈增加。這是每 天補(bǔ)充的結(jié)果，因為每天添加新的 Ag BPEI NPs 的速率大于 其溶解速率。 最后值得強(qiáng)調(diào)的是，該系統(tǒng)有穩(wěn)定性和快速的計算能 力。整個圍隔實驗周期為 11 天（本應(yīng)用說明中未詳細(xì)介紹）， 每天要求分析 9 個樣品，每個樣品分析 3 次，另外還要分析 校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)品（海水中粒子標(biāo)準(zhǔn)品以及海水中溶解 Ag 標(biāo)準(zhǔn)品）。 所有數(shù)據(jù)幾乎可實時處理，海水樣品可以全天連續(xù)分析，而不 會有任何信號降低。與海洋生物學(xué)家和化學(xué)家的跨學(xué)科團(tuán)隊合 作，實現(xiàn)結(jié)果自動監(jiān)測，這對成功進(jìn)行此類海水實驗至關(guān)重要。

結(jié)論 最近，隨著 ICP-MS 儀器和軟件的不斷完善，我們能夠更 完善地進(jìn)行單粒子分析，即使是在非常困難的基質(zhì)（如海 水）中，也能進(jìn)行這種大規(guī)模的實驗，而使用人工數(shù)據(jù)處 理進(jìn)行這樣的實驗是極其困難的。相反，憑借珀金埃爾默 公司目前推出的單粒子分析軟件（Syngistix 納米應(yīng)用模 塊），我們能夠?qū)崿F(xiàn)幾乎實時數(shù)據(jù)分析，這對于進(jìn)行這種 每天添加“新鮮”Ag NPs 的大規(guī)模孕育實驗至關(guān)重要。