使用ICP-MS測量碳比較困難，因為它具有高電離電位（11.3eV），并且存在于用于產(chǎn)生等離子體的氬氣（主要以CO2的形式，作為雜質）和試劑（包括酸和水）中。因此，兩種天然存在的碳同位素（C12（豐度99.9%）和C13（豐度1.1%））存在極高背景。由于沒有簡單的方法去除這些碳源，因此任一同位素檢出限都會受到嚴重影響。一種大大降低背景的方法是使用微秒范圍內的駐留時間來縮短測量時間，通常使用單粒子ICP-MS（SP-ICP-MS）進行1,2。

在SP-ICP-MS模式中短駐留時間下工作，背景信號會降低，而來自顆粒的總體信號不受影響，從而可以在之前無法達到的水平上檢測和測量顆粒3。通過使用SP-ICP-MS，C13背景顯著降低，從而可以檢測、計數(shù)和測量含碳顆粒。因此，如Laborda等人的詳細討論，SP-ICP-MS可用作檢測微塑料的篩選工具4。以下舉例說明SP-ICP-MS檢測微塑料的原理。

01 碳背景的降低

NexION? ICP-MS 100-200 μs的駐留時間可獲得微塑料顆粒的Z 佳檢出限，因為這些顆粒的尺寸相對較大，C12和C13的背景均大大降低，但C13的背景更低，因此選擇其用于這項工作。如圖1所示，在200μs駐留時間下獲得的C13的平均背景少于50個計數(shù)，從而可以檢測典型的微塑料顆粒。

圖1：SP-ICP-MS中駐留時間200μs時獲得的C13背景

02 將微塑料顆粒樣品輸送到等離子體

隨著碳背景的降低，在可以評價微塑料顆粒檢測之前，必須優(yōu)化微塑料顆粒從溶液到等離子體的輸送。對于液體，常規(guī)進樣系統(tǒng)（即配有旋流霧化室的同心氣動霧化器）的傳輸效率約為2%，其中霧化室旨在防止約4μm及更大的液滴到達等離子體。大多數(shù)SP-ICP-MS工作都集中在納米級顆粒（通常小于100nm）上，使用傳統(tǒng)進樣系統(tǒng)，向等離子體的傳輸效率約為10%：較小顆粒通過霧化室的效率高于較大液滴。然而，典型的微塑料顆粒在微米級范圍內，常規(guī)的霧化室會限制其到達等離子體。

03 聚苯乙烯微粒標準品的檢測

在這些研究中，分析了七份標稱直徑為1-5μm的市售聚苯乙烯微粒懸浮液。對各種微球的傳輸效率進行了評價，發(fā)現(xiàn)2.2μm和4.8μm微球的輸送效率在26-28%之間，其相當于測量的細胞傳輸效率5,6。聚苯乙烯微球輸送到等離子體得到確認后，下一步是檢測和測量。圖2顯示了2.2μm聚苯乙烯微球的典型粒子事件分布和相應粒度分布。粒子事件分布清楚顯示可以檢出2.2μm顆粒，粒度分布的中心為標稱尺寸，證明了檢測準確度。

圖2：2.2μm聚苯乙烯微球的（a）粒子事件強度和（b）相應粒度分布直方圖。

04 消費品中聚苯乙烯微粒的檢測

塑料微粒是作為研磨劑添加到去角質物中。分析前通過與水混合、超聲處理并通過10μm濾膜過濾，制備三份不同去角質物。如圖3所示，產(chǎn)品之間的粒度分布不同，粒子數(shù)濃度也不同。這強調了顆粒濃度的重要性：分析未知樣品時，應調整樣品制備，使顆粒濃度小于約250,000個粒子/mL，因為濃度更高可能導致多個顆粒同時電離，從而產(chǎn)生不準確結果。因此，適當?shù)臉悠废♂層悬c類似于嘗試錯誤法。

圖3：三份不同去角質物中含碳顆粒的時間掃描和粒度分布，其中：（a）去角質物1的粒度分布Z寬；（b）去角質物2所含顆粒Z多；（c）去角質物3粒度Z小。

05 SP-ICP-MS作為微塑料的篩選技術

由于任何含碳微粒都會產(chǎn)生碳信號，因此測定微塑料顆粒時使用SP-ICP-MS獲得的信號無法明確是與微塑料相關聯(lián)。因此，將SP-ICP-MS視為微塑料表征的補充技術。為了測定微粒是否為塑料，需要采用額外技術。在這項工作中4，顯微鏡和ATR-FT-IR（PerkinElmer Spectrum 100）均用于確認塑料微粒的存在和鑒別（聚苯乙烯、聚乳酸、聚對苯二甲酸乙二醇酯）。為了獲得微塑料中碳的準確粒度和數(shù)量結果，必須知道顆粒中碳的質量分數(shù)。但是，由于質量分數(shù)可能會因塑料成分而異，因此只能估算碳質量分數(shù)（即，使用聚苯乙烯的碳質量分數(shù)，0.9231）。然而，由于其分析速度較快，SP-ICP-MS可在比傳統(tǒng)分析技術短得多的時間內采集更多顆粒，從而在短時間內提供粒度分布和顆粒濃度的更多信息。因此，SP-ICP-MS是篩選微塑料的理想技術。

總之，通過監(jiān)測C13的信號，使用NexION系統(tǒng)的SP-ICP-MS可以成功用作微塑料測定的篩選工具或補充技術。借助分析速度的優(yōu)勢，C13背景得以大大降低，從而可以準確測量低至2 μm的微塑料顆粒。將SP-ICP-MS與可鑒別微塑料成分的技術（如ATR-FT-IR）相結合，可以獲得有關微塑料的更全面信息。