使用 Agilent 8900 ICP-MS/MS 在 MS/MS 模式下对 SiO2 纳米颗粒进行高灵敏度分析

前言

纳米材料正越来越多地用于工业过程、制成品、药品以及化妆品、防晒霜和食品等消费品领域。由于纳米颗粒 (NP) 的环境行为以及被人体吸收后可能产生的毒性作用尚不明确，因此对 NP 的测量是人们关注的重点。

ICP-MS 是一种测量材料元素含量的成熟技术；近期发展起来的单颗粒采集模式(spICP-MS) 目前可提供一种表征样品中 NP 含量的强大方法。采用 spICP-MS 记录所分析溶液中单个 NP 产生的目标元素信号，从而对所含颗粒的数量、浓度和粒径，以及溶解元素浓度实现同步测量。多位研究人员已对这种方法进行了开发，如今现代 ICP-MS 仪器也能够提供支持 NP 表征的自动采集与校准方法。当前 ICP-MS 系统具有较短的驻留时间，分析单一同位素时测量间无需稳定时间即可连续采集数据。在驻留期间总背景计数成比例下降时，来自颗粒羽流的信号并不会降低，因此这一系统可检测更小的颗粒。然而，如果驻留时间比羽流持续时间（通常在 0.5 ms 左右）短，分析物的信号也会随驻留时间的缩短而降低。这就增加了计数统计的误差。使用最高灵敏度（信噪比）和合适的驻留时间对维持计数率的统计有效性至关重要。

通过传统四极杆 ICP-MS 实现 NP 的准确测量面临着诸多挑战，特别是区分背景信号与小颗粒产生的信号的能力方面。因此，迄今为止报道的许多研究仍集中于银和金等相对易于通过 ICP-MS 测量的元素也不足为奇。这些元素有较高的灵敏度，通常不易受到干扰物的影响，一般也不存在于天然样品中，这使仪器能够更轻松地测量较小颗粒。

然而在现实情况下，多数天然和人为加工的 NP 均基于难以通过 ICP-MS 进行测量的元素，如铁、硫、钛和硅型 NP。对这些元素而言，样品基质或等离子体背景有可能对其产生强烈的多原子干扰，在某些情况下灵敏度也会因较低的离子化程度或需要测量次要同位素而降低。二氧化硅 (SiO2) NP 广泛应用于油漆、涂料、粘合剂、食品添加剂、抛光微电子设备等多种应用，因此对其监测有明确的要求。然而，通过 ICP-MS 并不能轻松实现 Si 的测量，因为 Si 的主同位素（ 28Si，丰度为92.23%）会受到背景多原子离子 CO 和 N2 的干扰。可采用 ICP-MS 碰撞/反应池中的化学反应解决干扰问题，为获得可控而一致的反应过程，需要使用 Agilent 8900 串联四极杆 ICP-MS (ICP-MS/MS) 等串联质谱仪器。

8900 ICP-MS/MS 采用两个四极杆质量过滤器（Q1 和 Q2）以及一个位于二者之间的八极杆反应池来实现双重质量选择功能，这种功能通常称为 MS/MS。MS/MS 提供的完美方法能够解决最具挑战性的谱图重叠问题，并可清楚了解池内的反应过程。ICP-MS/MS 可对硅等最难分析的元素实现成功测定。

本研究采用配备单纳米颗粒应用模块软件的 Agilent 8900ICP-MS/MS 在 spICP-MS 模式下对 SiO2 NP 进行测量。文中对该仪器测量 SiO2 的性能进行了讨论。

结论

以 H2 作为反应池气体，在 MS/MS 模式下运行的 Agilent 8900 ICP-MS/MS 可成功用于 SiO2 纳米颗粒的测定和表征。MS/MS 操作即使在碳基质含量较高时也可有效消除 m/z 28

处 Si 分析的多原子离子干扰，从而获得较低的背景信号和优异的灵敏度。ICP-MS MassHunter 软件专有的单纳米颗粒应用模块软件可通过计算粒径为单个 NP 标准物质和混合溶液提供准确结果。spICP-MS/MS 方法可为粒径小于 100 nm 的 SiO2 颗粒提供较快的分析速度、粒径和浓度的优异检测限以及准确的结果。