西红柿中金纳米检测方案(ICP-MS)

应 用 文 档 ICP -Mass Spectrometry 作者： Yongbo Dan12， Weilan Zhang， XingmaoMa23， Honglan Shi1.2， Chady Stephan4 1Department of Chemistry， Missouri University of Science and Technology 2 Center for Single Nanoparticle， Single Cell， and Single Molecule Monitoring (CS3M)， Missouri University of Science and Technology 3Department of Civil and Environmental Engineering， Southern Illinois University 4PerkinElmer， Inc. SP-ICPMS 对西红柿吸介绍收金纳米颗粒的表征 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，人们开始对纳米颗粒 (ENPs)的释放对环境和人类健康造成的影响产生了担心。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1。 样品制备 番茄植物从种子种植，生长29天后，将幼苗浸没在装陈有不同浓度的40 nm 的金纳米颗粒 (nanoComposixTM，圣迭戈，加利福尼亚州， USA) 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)容器里四天后收获用于分析。收获后，植物枝条用去离子水洗涤三次，然后切成小块均质化于8 ml浓度为2mM柠檬酸盐缓冲溶液中。均质后加入2mlMacroenzyme R-10(bioWORLDTM，都柏林，俄亥俄州，美国)，在37度水浴震荡24小时。再静置1小时，取上清液0.1ml并用去离子水稀释100倍上 SP-ICP-MS分析。质控和校准空白制备方法随样品操作，同时在植物提取液里添加金纳米颗粒测其加标回收。 测试条件 所有分析测试工作都在珀金埃尔默 NexION@ 300D /350DICP-MS上完成，应用了 SyngistixTM软件内置的纳米应用模块(珀金埃尔默部件号 N8140309)。仪器参数见表1所示。单颗粒的工作曲线和溶解金元素的含量工作曲线都建立了。其中金(Au)纳米颗粒标准曲线是采用30，50， 80，和 100nm 柠檬酸盐稳定的金纳米颗粒 (nanoComposixTM，圣迭戈，加利福尼亚州， USA)，为了最大限度提高其分析灵敏度，看到最小的颗粒，对仪器进行了优化，选择最高灵敏度的金197同位素进行分析。 表1. NexION 300/350D仪器分析参数 参数 数值 雾化器 玻璃同心 雾化器流量 1.08 L/min 雾室 Baffled Cyclonic 玻璃 射频功率 1600 W 分析物 Au 离子质量 197 amu 驻留时间 0.1 ms 切换时间 0 ms 采样时间 100 s 采集数据点 1000000/占品 Au 密度 19.3 g/cm 结果与讨论 在进行分析前，基础植物研究的结果表明， 40 nm 金纳米颗粒在其浓度低至1000颗粒 NPS/毫升也可以精确地测定。确定金纳米颗粒最低检测限是至关重要的，由于在植物组织里的金纳米颗粒的浓度是未知的。 为了评估消化酶对金纳米颗粒的影响，我们对50 nm 的金(Au)(2.05x105NPs/mL)纳米颗粒采用Macroenzyme R-10进行了稳定处理。图1给出了所得到的颗粒尺寸分布，所测得的50 nm 颗粒浓度达到1.81x105 NPs/mL， 回收率达到88.3%。结果显示，经过处理后，酶消解过程不影响粒径分布。 图1.酶处理过的50 nm 金纳米颗粒的粒径分布直方图 为了真实测得并展示作物里金(Au)纳米颗粒的分布，我们进行了一系列的测试工作，测试结果如图2所示。首先，我们测定了用于处理金(Au)纳米颗粒的2mM柠檬酸盐缓冲溶液中的金(Au)纳米颗粒的含量；结果在图2a所示，出现了2个随机的离子强度，但是没有纳米颗粒物，所以用I于处理的缓冲盐溶液不会带来影响。 紧接着，我们对没有浸入金纳米颗粒的同批次栽培植物进行了分析，正如分析试剂空白一样，只有两个随机的离子强度峰，如图2b所示，同样不会带入纳米颗粒影响。最后，我们将浓度4.7*104NPs/mL的 100 nm金 (Au) NPs加入到没有浸入过金纳米颗粒的植物的消解液中。结果显示如图2c所示。然后通过 2d图我门能很容易看到金(Au)纳米颗粒的在100nm 的分布；实验结果表明，无论是植物酶还是植物本身，都不会对金(Au)纳米颗粒含量测定带来较大影响。 图2.(a)试剂空白的原始数据(试剂空白：2mM柠檬酸的酶溶液，没有植物组织和 Au 纳米颗粒)；；(b) 没有 Au 纳米颗粒暴露的对照植物的原始数据；(c)加入4.7×10*/mL 100 nm Au 纳米颗粒的对照植物样品的空白数据； (d)加入4.7×10*/mL 100 nm Au 纳米颗粒的对照植物样品的颗粒分布直方图。 接着，我们对浸入在40 nm Au NPs 浓度为 0.2 mg/L溶液里4天的西红柿作物进行了消解和分析，分析结果如下图所示，图3a 和3b 显示了作物对Au 纳米颗粒的吸收，图3c显示了不同粒度 Au 纳米颗粒分布，该分布集中在 40 nm 中心附近，符合统计分布理论。最后，在相同的植物消解液中加入浓度 为4.7*104 NPs/mL 的100 nm 的金纳米颗粒，不同粒度Au 纳米颗粒分布如图 3d所示。从两图我们可以发现，两种粒径分布都是分别集中于40 nm和100nm附近，而且比较会发现，100 nm 的颗粒出现频率比40 nm 的高。 这项研究结果表明西红柿可以吸收 NPs，SP-ICP-MS能够准确检测纳米颗粒的分布和大小。酶消解处理可以分解植物组织而不溶解Au纳米颗粒，从而使 SP-ICP-MS 得以分析最终结果。结合酶消化和 SP-ICP-MS，允许对部分或者整个植物芽进行分析，使植物吸收NPs分析变得快速、轻松。 ( 1. Y ongbo Dan， Weilan Zhang， Runmiao Xue， Xingmao Ma， ChadyStephan， Honglan Shi， 2015，"Characterization of Gold NanoparticlesUptake by Tomato Pl a nts Using En z ymatic Extraction Followed by SingleParticle Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry Analysis”，Environmental S cience and Technology， 49(5)：3007-3014. ) 珀金埃尔默企业管理(上海)有限公司 地址：上海张江高科技技区张衡路1670号邮编：201203电话：021-60645888传真：021-60645999 www.perkinelmer.com.cn 欲获悉全球办事处的完整清单，请登录 www.perkinelmer.com/ContactUs 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。