引言 單粒子電感耦合等離子體質譜法（SP-ICP-MS）是一 種分析技術，已經證明在生物、環境和食品樣品等 多種樣品類型中含金屬納米粒子（NPs）的測量和表 征方面具有巨大的潛力。挑戰性的基質之一是 海水，因為海水含鹽量高，在分析納米粒子時，會因基質抑制和錐體堵塞而造成嚴重困難。盡管分 析前的樣品稀釋是克服這些困難的一種直接方法，但我們決定不使用這種方法，因為它可能會因海 水基質的離子強度和/或有機物含量的變化而導致納米粒子的轉變。因此我們使用一種進樣系統取而 代之，該系統僅在樣品霧化進入電感耦合等離子體質譜儀前幾毫秒執行該稀釋過程。此外，用于監 測海水中納米粒子的 SP-ICP-MS 系統必須具有提供所需分析性能的適當特性，

包括： 

? 進樣系統，可讓未稀釋的海水連續、高通量地導入到電感耦合等離子體質譜儀中； 

? ICP-MS 四極質量分析器和檢測器系統，可在零沉降時間的極短停留時間（µs）下工作； 

? 數據處理軟件，能近乎實時自動處理單粒子數據。

在進行大規模海水圍隔實驗時，水箱是實驗的組成部分，本 文所述工作證明通過該分析技術，可對從水箱所取海水樣品 中的銀納米粒子進行測量和表征。除了海水基質外，主要的 挑戰是樣品分析的時效性。因為銀納米粒子在海水中會快速 轉變，所以樣品在到達實驗室后必須在不進行事先稀釋的情 況下立即進行分析。因此，想要監測整個海水圍隔實驗的進 度以及在需要時迅速采取糾正措施，必須能夠幾乎實時處理 所獲得的納米粒子數據。

實驗 圍隔實驗 樣品采自類似于先前所述的圍隔實驗 1。簡而言之，六個圍 隔實驗水箱各裝滿 3000 L 海水。三個水箱作為對照，而其 他三個水箱每天都用以 50 ng/L 銀添加銀納米粒子。這里 所用的 60 nm 銀納米粒子材料涂覆有支化聚乙烯亞胺 （BPEI）。每天上午添加“新鮮”銀納米粒子懸浮液之前， 從每個水槽中采集海水樣品，連續采集 10 天。然后將樣品 轉移到實驗室，立即進行 SP-ICP-MS 分析。 更具體地說，每天上午，使用置于每個水箱中心水面以 下1至1.5 m處的硅膠管從每個圍隔實驗水箱中采集50 mL 海水。用一個大容量注射器產生輕微的抽吸力，從而通過這 根管子將海水轉移到取樣管中。將樣品轉移到實驗室，立即 進行分析。在取樣之后，每天分別向三個罐中添加銀納米粒 子懸浮液（濃度約為 150 µg/L 銀的懸浮液 1 L，取決于每個 圍隔實驗水箱的日容量），將懸浮液釋放到圍隔實驗水箱內 的海水表面。最后，使用每個水箱專用槳葉輕輕混合每個水 箱中的海水。

儀器條件 本研究中使用了已敘述進樣系統的改進版（圖 1）2。改進 內容包括使用一臺帶有 500 µL 玻璃注射器的注射泵，因而 無需使用進樣回路，因為進樣回路在某些情況下可能會導致 納米粒子污染。改進后的進樣系統具有極其高效、穩定、多 用途、易清洗等優點，提高了其連續用于海水樣品中納米粒 子高通量測定時的穩健性和耐用性。從各海水樣品中取出約 200 µL 置于玻璃注射器中進行分析。注射泵以 20 µL/min 的流速輸送樣品。通過氣動霧化器的 T 形件將樣品在線 稀釋 40 倍，因為霧化之前的稀釋混合僅持續約 200 ms， 因此要立即對樣品進行分析，避免銀納米粒子發生轉變。 所有分析都是在 NexION®電感耦合等離子體質譜儀上進行 的，所用條件見表 1。使用的停留時間為 75 µs。使用 Syngistix™納米應用軟件模塊進行數據采集和分析。

樣品和標準品 每天從圍隔實驗水箱采集海水樣本，并立即轉移到實驗室進 行分析（20-30 min 行程時間）。在使用 SP-ICP-MS 進行分 析之前，沒有對樣品進行過濾或稀釋。 在本研究的整個過程中，為給圍隔實驗海水加標及制備納米 粒子標準品，采用了涂覆有支鏈聚乙烯亞胺（BPEI）的銀納 米粒子。涂覆支鏈聚乙烯亞胺的銀納米粒子（Ag BPEI NP） 標準品用對照海水溶液制成，加入了 100 ng 60 nm Ag（Ag  BPEI）NPs/L（相等于約 42000 Ag BPEI NPs/mL）。為了避 免發生納米粒子溶解（圖 2），立即對該標準品進行分析， 并將其用于校準 Ag 納米粒子粒度以及結合計數方法確定 運輸效率（TE）。

結果和討論 此應用說明所得結果與每天上午向海水圍隔實驗水箱中加 入 Ag BPEI NPs、共進行 10 天后所采集樣品的分析一致。 更具體地說，就是在每天“新鮮”Ag 納米粒子懸浮液加標 之前進行取樣。在每次加標過程中，由于添加一定量 Ag 作 為 Ag 納米粒子，水箱每天會額外增加 50 ng/L 的 Ag，總 共持續 10 天，因此整個實驗期間 Ag 的總濃度為 500 ng/L。

圖 3 A-C 顯示了第 0 天＋2 小時、第 5 天和第 10 天使用圖 1 所示 SP-ICP-MS 裝置測定時，得到的水箱中 Ag NPs 大小 （直徑）分布。有人提出 Ag NPs 會隨時間逐漸溶解，出現 較小粒度的 Ag NPs 就是證明。但每天添加“新鮮”Ag-NP 懸浮液則有助于 NP 粒度分布向更大粒度方向擴展。因此， 觀察到的粒度分布越寬，NPs 在海水中存在的時間以及加標 持續時間越長。

在 SP-ICP-MS 分析過程中也測定了樣品中溶解 Ag（即 Ag+） 的含量。和預期一樣，溶解 Ag 的含量隨著圍隔實驗持續時間 的延續而增大（圖 4，灰色虛線）。可以使用 SP-ICP-MS 檢查 系統中 Ag 質量平衡。據觀察，相當于檢測 Ag 納米粒子（黃 色虛線）和溶解 Ag 質量（灰線）之和的 Ag 總質量（藍線） 與作為 Ag NPs 添加到圍隔實驗水箱中的總 Ag（橙色雙線） 十分吻合。這表明，所用分析系統能夠計量幾乎所有添加到海 水圍隔實驗水箱中的 Ag 質量，即使已經部分轉變為溶解 Ag。

SP-ICP-MS 的能力還體現在可測定 Ag 納米粒子的數量 濃度（圖 5），該濃度在第 10 天似乎呈現出凈增加。這是每 天補充的結果，因為每天添加新的 Ag BPEI NPs 的速率大于 其溶解速率。 最后值得強調的是，該系統有穩定性和快速的計算能 力。整個圍隔實驗周期為 11 天（本應用說明中未詳細介紹）， 每天要求分析 9 個樣品，每個樣品分析 3 次，另外還要分析 校準標準品（海水中粒子標準品以及海水中溶解 Ag 標準品）。 所有數據幾乎可實時處理，海水樣品可以全天連續分析，而不 會有任何信號降低。與海洋生物學家和化學家的跨學科團隊合 作，實現結果自動監測，這對成功進行此類海水實驗至關重要。

結論 最近，隨著 ICP-MS 儀器和軟件的不斷完善，我們能夠更 完善地進行單粒子分析，即使是在非常困難的基質（如海 水）中，也能進行這種大規模的實驗，而使用人工數據處 理進行這樣的實驗是極其困難的。相反，憑借珀金埃爾默 公司目前推出的單粒子分析軟件（Syngistix 納米應用模 塊），我們能夠實現幾乎實時數據分析，這對于進行這種 每天添加“新鮮”Ag NPs 的大規模孕育實驗至關重要。