納米科技在為現(xiàn)代生活提供各種高性能產(chǎn)品的同時，也對環(huán)境造成了嚴重的負擔。之前的文章中，我們一起學(xué)習了飲用水、湖泊水、廢水等水體中的納米顆粒的單顆粒ICP-MS的測定過程，了解到納米顆粒的無處不在。

那么“大海啊，全是水”的海水中，是不是也一定存在著納米顆粒呢？

但是，海水和其他水體不一樣，含有更多的“鹽分”，也就是基體不同。通常，在ICP-MS 分析中，分析之前需要稀釋具有較高基體的樣品，以免對儀器

產(chǎn)生影響。然而，納米顆粒在環(huán)境樣品中的溶解和聚合取決于基體，且樣品基體組成和濃度（例如溶解有機質(zhì)（DOM）和離子強度）對其具有極大影響。因此在處理納米顆粒時，稀釋可能觸發(fā)轉(zhuǎn)化，這意味著獲得的結(jié)果可能無法準確反映樣品中納米顆粒的初始狀態(tài)。

為降低環(huán)境樣品或其他高溶解固體含量樣品在分析前稀釋的必要性，PerkenElmer提供了適用于NexION系列ICP-MS(5000/2000/1000/350/300)的全基體進樣系統(tǒng)（AMS）。

這套系統(tǒng)包含一個耐高鹽霧化器和一個帶有氬氣稀釋氣接口的霧室。稀釋氣的流速由獨立的氬氣通道控制，氣流方向與霧化氣流向垂直，以獲得zui佳的混合效果?？色@得高達200倍的稀釋比，避免了離線手工稀釋的繁瑣操作和隨之而來的污染和誤差。對于不需稀釋的樣品，只需將稀釋氣關(guān)掉，無需取下稀釋氣管路。借助AMS系統(tǒng)，對無需稀釋的樣品和需要稀釋200倍以內(nèi)的樣品分別進行分析之間，無需對儀器再次進行參數(shù)優(yōu)化。

本文中，我們將探索模擬海水樣品中金納米顆粒的分析，并利用AMS 功能避免人為稀釋，并討論儀器配置條件對單顆粒ICP-MS進行精確和準確顆粒分析的影響。

樣品

在超高純（UHP）水中以1，2 和3 ppb 濃度制備離子金（Au⁺）標準品，并且在超高純水中按60000 顆/mL制備60 nm 的金納米顆粒標準品（NIST 8013）。使用標準參考物質(zhì)（CASS-6，加拿大國家研究委員會）制備海水樣品，并摻入60000 顆/mL的60 nm NIST 金納米顆粒。

在分析之前不進行進一步的樣品稀釋。

實驗

所有分析均在NexION 2000 ICP-MS 上進行，并使用表1 中所示的進樣附件和參數(shù)。全基體進樣系統(tǒng)（AMS）的氣流量設(shè)定為0.4 L/ 分鐘，即10 倍稀釋，可在未經(jīng)任何人為稀釋的情況下分析未稀釋的海水，從而簡化樣品制備，并確保樣品基體中納米顆粒的完整性。

實驗結(jié)果

如下圖所示，在幾種不同的AMS 氣流量下精確確定NIST 60 nm 金顆粒的粒徑，證明如果使用相應(yīng)的離子校準，AMS 不會影響粒徑測量的準確度。

AMS 氣體流量對NIST 8013 60 nm 金納米顆粒測量粒徑的影響。

AMS 氣體流量對NIST 8013 60 nm 金納米顆粒測量粒徑的影響

將金納米顆粒分別添加到海水和去離子水樣品中并進行測量。

下圖顯示了添加到海水和去離子水中的60 nm納米顆粒的粒徑分布，兩者基本沒有差異。結(jié)果表明，適當?shù)膬x器參數(shù)設(shè)置和AMS降低了基體效應(yīng)，從而能夠在復(fù)雜的環(huán)境基體（如海水）中進行準確jing準的納米顆粒測量，而無需與離子校準標液進行基體匹配。這種能力簡化了流程，增加了可用性，最重要的是，由于消除了液體稀釋的需要，可在分析樣品中獲得納米顆粒的準確結(jié)果。

未稀釋的海水（a）和去離子水（b）中的NIST 8013 60 nm金納米顆粒的粒徑分布

未稀釋的海水（a）和去離子水（b）中的NIST 8013 60 nm金納米顆粒的粒徑分布

結(jié)論

使用配備了全基體進樣系統(tǒng)（AMS）的PerkinElmer的NexION 2000 ICP-MS，可以無需考慮用水稀釋導(dǎo)致的納米顆粒狀態(tài)的轉(zhuǎn)化對于測量結(jié)果的影響，精確測量海水（典型的復(fù)雜基體）中納米顆粒粒徑大小和濃度，無需手工稀釋樣品。

想要了解更多詳情請掃描二維碼

《使用全基體進樣系統(tǒng)和單顆粒ICP-MS快速測定海水中納米顆粒》

ICP-MS的構(gòu)造：原理與應(yīng)用

ICP-MS（感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜法）是一種高靈敏度、高分辨率的分析技術(shù)，廣泛應(yīng)用于元素分析、同位素比值測定以及環(huán)境、食品、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的痕量元素檢測。本文將深入探討ICP-MS的構(gòu)造、工作原理及其應(yīng)用，為您全面解析這一先進分析技術(shù)的內(nèi)部機制。

ICP-MS的構(gòu)造

ICP-MS設(shè)備的核心構(gòu)造主要包括以下幾個關(guān)鍵部分：感應(yīng)耦合等離子體（ICP源）、離子導(dǎo)入系統(tǒng)、質(zhì)譜分析器（通常是四極桿質(zhì)譜或電感耦合質(zhì)譜器）和檢測器。

1. 感應(yīng)耦合等離子體（ICP源）

ICP源是ICP-MS系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，其主要作用是將樣品轉(zhuǎn)化為離子。其構(gòu)造通常包括一個高頻電磁線圈和一個等離子體室。高頻電磁線圈用于產(chǎn)生高溫等離子體，等離子體的溫度通?？蛇_到6000-10000攝氏度。在這個極高溫度的等離子體中，樣品溶液或氣體會被霧化成細小的顆粒，經(jīng)過離子化過程生成帶電的原子或分子離子。

2. 離子導(dǎo)入系統(tǒng)

生成的離子需要被引導(dǎo)到質(zhì)譜儀進行進一步分析。離子導(dǎo)入系統(tǒng)由一系列不同的電場和磁場組成，這些系統(tǒng)負責對離子進行加速、聚焦和導(dǎo)向，確保離子能夠穩(wěn)定、準確地進入質(zhì)譜分析器。離子導(dǎo)入系統(tǒng)的設(shè)計對于ICP-MS的性能至關(guān)重要，因為它決定了系統(tǒng)的靈敏度和分辨率。

3. 質(zhì)譜分析器

質(zhì)譜分析器是ICP-MS設(shè)備的核心，負責分離和分析不同質(zhì)量的離子。常見的質(zhì)譜分析器包括四極桿質(zhì)譜（Quadrupole Mass Spectrometer, QMS）、離子阱質(zhì)譜（Ion Trap）和時間飛行質(zhì)譜（TOF）。其中，四極桿質(zhì)譜由于其較高的分析速度、較低的成本和穩(wěn)定性，成為ICP-MS中常見的分析器。四極桿質(zhì)譜通過對離子的質(zhì)量-電荷比（m/z）進行分析，能夠準確區(qū)分不同元素和同位素。

4. 檢測器

檢測器負責捕捉從質(zhì)譜分析器出來的離子信號，并轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過放大后輸入到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。常見的ICP-MS檢測器有電子倍增器（EMI）和氣泡計數(shù)器等。電子倍增器因其極高的靈敏度，能夠檢測到極為微量的元素，因此被廣泛應(yīng)用于痕量元素的分析。

ICP-MS的工作原理

ICP-MS的工作原理包括樣品引入、離子化、質(zhì)量分析和信號檢測等幾個關(guān)鍵步驟。樣品被引入ICP源，并在高溫等離子體中被離子化，形成帶電離子。然后，這些離子通過離子導(dǎo)入系統(tǒng)被加速并進入質(zhì)譜分析器。質(zhì)譜分析器根據(jù)離子的質(zhì)量-電荷比將不同的離子分離開來，后通過檢測器捕捉到的離子信號進行數(shù)據(jù)分析。

ICP-MS的一個顯著優(yōu)勢是其高靈敏度，能夠?qū)O低濃度的元素進行精確分析，通常能夠達到ppb（10^-9）或ppt（10^-12）級別的檢測限。該技術(shù)的高分辨率和高精度使其在多種領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

ICP-MS的應(yīng)用

ICP-MS因其高靈敏度、高分辨率及快速分析的特點，已成為多領(lǐng)域元素分析的重要工具。在環(huán)境科學(xué)中，它用于檢測水質(zhì)、土壤和空氣中的重金屬污染物；在食品安全中，ICP-MS能夠檢測食品中的微量元素及其污染物；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，ICP-MS被用于血液、尿液等生物樣本中的元素分析，特別是痕量元素的測定。ICP-MS還廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探、材料科學(xué)和法醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

結(jié)論

ICP-MS技術(shù)憑借其優(yōu)異的靈敏度和分辨率，在多種領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。通過感應(yīng)耦合等離子體源、精密的離子導(dǎo)入系統(tǒng)、先進的質(zhì)譜分析器和高效的檢測器，ICP-MS能夠提供極為的元素分析結(jié)果。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，ICP-MS將在環(huán)境監(jiān)測、食品安全、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域展現(xiàn)更大的應(yīng)用潛力。因此，了解ICP-MS的構(gòu)造及工作原理，對于深入掌握這一技術(shù)并充分發(fā)揮其優(yōu)勢具有重要意義。

納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺寸(1-100 nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。由于它的尺寸很小，會產(chǎn)生很多特殊的效應(yīng)，比如小尺寸效應(yīng)、隧道效應(yīng)以及大的比表面積效應(yīng)等，因此使得納米材料表現(xiàn)出不同的物理化學(xué)特性，例如熔點、磁性、光學(xué)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等等，因而現(xiàn)在納米材料被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、冶金、電子、機械、輕工、建筑及環(huán)保等行業(yè)。但由于其顆粒非常小，因此顆粒大小的檢測也就成為了挑戰(zhàn)，國際上對于超細顆粒的粒度測試一般有三種方法，即電子顯微鏡、動態(tài)光散射以及激光衍射。

1. 電子顯微鏡

電子顯微鏡技術(shù)的應(yīng)用是建立在光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)之上的，它是利用電子束照射在顆粒上，然后通過電子透鏡放大得到的圖片。電鏡的優(yōu)點是結(jié)果直觀，能夠直接“觀察”到所測顆粒，而且分辨率極高，但由于其放大倍數(shù)較高，因此采集的顆粒有限，取樣代表性風險較高，同時高能的電子束可能破壞某些樣品比如蛋白、顏料的結(jié)構(gòu)。

2. 動態(tài)光散射技術(shù)

在溶液中懸浮的顆粒由于無規(guī)則運動會發(fā)生布朗運動。一般顆粒越小，運動速度越快，動態(tài)光散射技術(shù)利用懸浮顆粒在溶劑體系中做布朗運動的原理，通過檢測顆粒的擴散速度，從而利用斯托克斯-愛因斯坦方程計算出顆粒的大小和粒度分布。

該技術(shù)優(yōu)點是測試下限較低，對于極小的窄分布顆粒測試效果較好，同時所需樣品較少，可以在懸液狀態(tài)下直接測試樣品并給出分布，測試速度較快。但由于該技術(shù)基于顆粒的布朗運動，一旦有大的顆粒在體系中，這些大的顆粒可能就會發(fā)生沉降從而導(dǎo)致測試結(jié)果錯誤，同時該技術(shù)是基于統(tǒng)計的光強變化來做數(shù)據(jù)處理，對于寬分布的樣品測試結(jié)果有風險。

動態(tài)光散射技術(shù)

3．激光衍射技術(shù)

激光衍射技術(shù)主要利用的是光照射到顆粒后產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象，不同大小的顆粒將會在空間形成不同的衍射條紋，一般來說，顆粒越小散射角越大，因此通過放置一系列檢測器，檢測不同角度的光散射強度，從而通過米氏理論反演計算出顆粒的粒度分布，如下圖：

該技術(shù)的優(yōu)點是測試范圍寬，速度較快，取樣代表性好，尤其是對于寬分布樣品有比較好的測試效果。而恰恰很多納米顆粒由于粒徑很小，很容易產(chǎn)生二次團聚結(jié)構(gòu)，這樣就會形成小顆粒和團聚體大顆粒共存的情況，這恰恰是激光衍射技術(shù)擅長的地方。但其缺點是小顆粒散射光強非常弱，信噪比較低，同時顆粒越小，對其折射率等光學(xué)參數(shù)準確性要求越高，這就會給小顆粒測試帶來風險。

納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺寸(1-100 nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。由于它的尺寸很小，會產(chǎn)生很多特殊的效應(yīng)，比如小尺寸效應(yīng)、隧道效應(yīng)以及大的比表面積效應(yīng)等，因此使得納米材料表現(xiàn)出不同的物理化學(xué)特性，例如熔點、磁性、光學(xué)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等等，因而現(xiàn)在納米材料被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、冶金、電子、機械、輕工、建筑及環(huán)保等行業(yè)。但由于其顆粒非常小，因此顆粒大小的檢測也就成為了挑戰(zhàn)，國際上對于超細顆粒的粒度測試一般有三種方法，即電子顯微鏡、動態(tài)光散射以及激光衍射。

1. 電子顯微鏡

電子顯微鏡技術(shù)的應(yīng)用是建立在光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)之上的，它是利用電子束照射在顆粒上，然后通過電子透鏡放大得到的圖片。電鏡的優(yōu)點是結(jié)果直觀，能夠直接“觀察”到所測顆粒，而且分辨率極高，但由于其放大倍數(shù)較高，因此采集的顆粒有限，取樣代表性風險較高，同時高能的電子束可能破壞某些樣品比如蛋白、顏料的結(jié)構(gòu)。

2. 動態(tài)光散射技術(shù)

在溶液中懸浮的顆粒由于無規(guī)則運動會發(fā)生布朗運動。一般顆粒越小，運動速度越快，動態(tài)光散射技術(shù)利用懸浮顆粒在溶劑體系中做布朗運動的原理，通過檢測顆粒的擴散速度，從而利用斯托克斯-愛因斯坦方程計算出顆粒的大小和粒度分布。

該技術(shù)優(yōu)點是測試下限較低，對于極小的窄分布顆粒測試效果較好，同時所需樣品較少，可以在懸液狀態(tài)下直接測試樣品并給出分布，測試速度較快。但由于該技術(shù)基于顆粒的布朗運動，一旦有大的顆粒在體系中，這些大的顆?？赡芫蜁l(fā)生沉降從而導(dǎo)致測試結(jié)果錯誤，同時該技術(shù)是基于統(tǒng)計的光強變化來做數(shù)據(jù)處理，對于寬分布的樣品測試結(jié)果有風險。

動態(tài)光散射技術(shù)

3．激光衍射技術(shù)

激光衍射技術(shù)主要利用的是光照射到顆粒后產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象，不同大小的顆粒將會在空間形成不同的衍射條紋，一般來說，顆粒越小散射角越大，因此通過放置一系列檢測器，檢測不同角度的光散射強度，從而通過米氏理論反演計算出顆粒的粒度分布，如下圖：

該技術(shù)的優(yōu)點是測試范圍寬，速度較快，取樣代表性好，尤其是對于寬分布樣品有比較好的測試效果。而恰恰很多納米顆粒由于粒徑很小，很容易產(chǎn)生二次團聚結(jié)構(gòu)，這樣就會形成小顆粒和團聚體大顆粒共存的情況，這恰恰是激光衍射技術(shù)擅長的地方。但其缺點是小顆粒散射光強非常弱，信噪比較低，同時顆粒越小，對其折射率等光學(xué)參數(shù)準確性要求越高，這就會給小顆粒測試帶來風險。