使用新型 Agilent 8900 ICP-MS/MS 对硅基纳米颗粒进行高灵敏度分析

2018-11-10 12:22:40, Michiko Yamanaka 安捷伦科技（中国）有限公司

使用新型 Agilent 8900 ICP-MS/MS 对硅基纳米颗粒进行高灵敏度分析

作者：Michiko Yamanaka，Takayuki Itagaki，Steve Wilbur

二氧化硅 (SiO2) 纳米颗粒 (NP) 广泛应用于从油漆、涂料、粘合剂到食品添加剂、化妆品和抛光微电子设备的各种应用。随着应用的增加，人们日益关注纳米颗粒对环境、食品安全和人类健康的影响。显然，我们需要对各种样品中的低浓度纳米颗粒进行监测。

串联四极杆 ICP-MS 提供更多选项

ICP-MS 可用于采用所谓单颗粒 ICP-MS (spICP-MS) 技术测量单个纳米颗粒，它能够同时测定存在的颗粒的数量、浓度和粒径以及溶解的元素浓度。此类测量需要具备非常快的时间分辨分析 (TRA) 功能，而 Agilent 8900 ICP-MS/MS 采用积分时间极快（驻留时间 0.1 ms）的新型检测器能够实现这一目标。

使用常规四极杆 ICP-MS 难以测量低浓度 Si，因为来自 CO 和 N2 的强背景多原子离子干扰在 m/z 28（28Si – 丰度 92.23%）处与 Si 的主同位素重叠。使用 ICP-MS 碰撞/反应池中的反应化学过程能够解决这些干扰，但是为获得可控而一致的反应过程，需要使用串联质谱仪，例如 Agilent 8900 ICP-MS/MS。此外，Si 的元素背景信号通常很高，因为 Si 存在于许多常见的聚合物、密封剂、清洁剂及其他实验室试剂中。本研究中所用的 Agilent 8900 高级应用配置包括新型氩气流系统，该系统利用特殊惰性材料最大程度减小由 ICP-MS 硬件引起的 Si（和 S）污染的信号。采用这种方式，可实现小于 50 ppt 的极低的 Si 检测限。

双重质量选择功能可解决最具挑战性的谱图重叠问题

8900 ICP-MS/MS 使用两个四极杆质量过滤器（Q1 和 Q2），八极杆反应池布置在两个质量过滤器之间，从而提供双重质量选择功能，常称作 MS/MS。在我们的示例中，采用 MS/MS 模式测量 28Si 信号的原位质量，其中 Q1 和 Q2 均设置为m/z 28。采用氢气作为反应池气体以消除所有原位质量多原子干扰，例如 12C16O 和 14N2，能够准确测量低浓度 Si，而 MS/MS 可避免形成任何新的重叠反应子离子。

自动化采集和校准方法支持纳米颗粒表征

采用安捷伦 ICP-MS MassHunter 软件的可选单纳米颗粒应用模块进行方法设置和数据分析。整个批次样品的汇总结果列于“Batch at a Glance”（批处理数据概览）窗格中，其中详细显示选定样品的图形结果，必要时可对颗粒阈值和方法设置进行目测确认和优化（图 1）。

图 1. 单纳米颗粒应用模块软件的数据视图

准确分析二氧化硅纳米颗粒

使用 Agilent 8900 ICP-MS/MS 在快速时间分辨分析模式下进行分析，驻留时间为每个数据点 0.1 ms (100 µs)，测定之间无需稳定时间。快速 TRA 允许在单颗粒的信号峰中进行多次测量，因此可对每个纳米颗粒离子羽流的形状和持续时间进行测定。50 nm 的较小 SiO2 颗粒获得的清晰峰与基线信号以及去离子水中观测到的较低背景信号轻松加以区分（图 2A）。

图 2C 表明 50 nm SiO2 的粒径均可得到准确测定，通过采用 H2 作为池气体的 MS/MS 模式结合 8900 ICP-MS/MS 的高灵敏度可有效去除多原子干扰，从而获得较低的 Si 背景。

图 2. 50 nm SiO2 纳米颗粒 (40 ng/L) A：测得的信号，B：频率分布，以及 C：粒径

实际样品分析需要去除碳的干扰

生物体液和组织、食品基质、活性药物成分和有机溶剂等实际样品中含有的碳基质会对 28Si 产生 12C16O 的多原子离子干扰。在 MS/MS 模式下以氢气作为反应池气体的 Agilent 8900 ICP-MS/MS 可有效消除这种干扰。在含 1% 乙醇的样品中测得的 100 nm 和 200 nm SiO2 颗粒混合溶液的粒径分布如图 3 所示。尽管碳浓度较高，但每组颗粒的粒径分布均与透射电镜 (TEM) 测得的结果一致，且不同粒径的分离获得了优异的分离度。结果表明 spICP-MS/MS 技术可通过消除基质干扰实现实际样品基质中 SiO2 纳米颗粒的准确粒径测定。