單顆粒ICP-MS應(yīng)用：納米顆粒的溶解動(dòng)力學(xué)

瀏覽次數(shù)：1829　發(fā)布日期：2020-6-1　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

文末有彩蛋 | 單顆粒ICP-MS應(yīng)用：納米顆粒的溶解動(dòng)力學(xué)

20世紀(jì)90年代以來，人們對納米材料正面效應(yīng)的研究取得了豐碩成果，并形成了大量的實(shí)用產(chǎn)品，比如衣物中加入Ag納米顆粒，可以抑菌；防曬產(chǎn)品中加入TiO2納米顆粒，可以屏蔽紫外線。這些產(chǎn)品對我們提供便利的同時(shí)，也對環(huán)境造成了潛在的危害。2004年7月29日美國的《科學(xué)此刻》及2004年8月4日《自然》分別介紹了該研究小組的報(bào)告，對納米污染發(fā)出預(yù)警。報(bào)告指出，“游離的納米顆粒和納米管可能會(huì)穿透細(xì)胞，產(chǎn)生毒性”；對于環(huán)境來說，“納米科技可能是柄雙刃劍”。

通過獲得納米顆粒的環(huán)境行為和顆粒大小、溶解率、顆粒團(tuán)聚以及與樣品基體的相互作用的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，可以幫助了解和評價(jià)這些新材料可能對環(huán)境健康造成危險(xiǎn)的情況。常規(guī)ICP-MS只能將樣品消解后，測試溶解態(tài)的離子濃度信息，并不能直接測定這些納米顆粒的粒徑、粒徑分布和團(tuán)聚等更具體的數(shù)據(jù)。單顆粒ICP-MS技術(shù)通過超快速的數(shù)據(jù)讀取時(shí)間，可分析每個(gè)納米顆粒產(chǎn)生的電子云，檢測ppb級（µg／L）濃度納米顆粒。

本報(bào)告研究了銀納米顆粒在不同水體中的溶解動(dòng)力學(xué)。

樣品

銀納米顆粒：直徑100納米，購自NanoXact，NanoComposix，USA。采用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）材料封裝。

水樣：離子水（DI，18.3 M-歐姆.厘米），自來水（科羅拉多學(xué)院礦業(yè)校園，高爾頓.科羅拉多）和自然水（采集點(diǎn)距離河流岸邊1米，采集后直接通過0.45微米的濾膜過濾）。

樣品處理

ENP懸浮液通過用水稀釋濃度20毫克/升的儲(chǔ)備溶液制成，最終濃度50納克/升。為了匹配觀察到的峰強(qiáng)度SP-ICP-MS，采用2%HNO3（光譜級）溶解銀標(biāo)準(zhǔn)（高純度標(biāo)準(zhǔn); QC-7-M），用于校準(zhǔn)和稀釋，最終濃度范圍為0.1-1微克/升。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

首先分析了溶解在去離子水中的銀納米顆粒的單顆粒ICP-MS數(shù)據(jù)。初始濃度為50ng/L。綠色柱狀圖表示剛加入納米顆粒時(shí)的測試結(jié)果，脈沖信號強(qiáng)度主要分布在400~700范圍內(nèi)，另有少部分在50左右及以下。紅色柱狀圖表示24小時(shí)候納米顆粒的測試結(jié)果，脈沖信號主要集中在100~300范圍內(nèi)，50以下還有較強(qiáng)的信號。脈沖信號強(qiáng)度正比于顆粒的粒徑，24小時(shí)后脈沖強(qiáng)度下降，說明了銀納米顆粒的粒徑減小，溶解的銀離子信號在脈沖50以下。

Syngistix軟件可自動(dòng)將脈沖強(qiáng)度換算成顆粒直徑，上圖顯示了不同水樣中，銀納米顆粒隨著時(shí)間變化的粒徑變化。在含氯離子自來水體系下溶解速度比其他兩種溶劑都要快，這是由于氯可以作為氧化劑加快粒子溶解在這個(gè)系統(tǒng)。而自然水系里粒子的變化很小，這可能由于自然系統(tǒng)固有的復(fù)雜性，需要更多研究找到導(dǎo)致粒子穩(wěn)定性的因素。

上圖總結(jié)了在去離子水，自來水和自然水中，銀納米顆粒的粒徑變化趨勢。利用瞬時(shí)質(zhì)量的平均粒徑,可以計(jì)算出粒子的溶解損失。模型化計(jì)算粒子的幾何表面積(假設(shè)球形質(zhì)量的粒子), 損失質(zhì)量/表面積(摩爾/ cm2)和時(shí)間可以計(jì)算得到溶解速率常數(shù)。在24小時(shí)內(nèi)，遵循一階動(dòng)力學(xué)規(guī)律。

總結(jié)

溶解電勢不同可能是區(qū)分粒子溶解過程和離子溶解過程的一個(gè)關(guān)鍵因素。這項(xiàng)研究在表明通過SP-ICP-MS定量計(jì)算Ag粒子的溶解率是可行的。使用SP-ICP-MS技術(shù)，通過原始粒子直徑來計(jì)算溶解率比通過溶液中Ag離子增加來計(jì)算其溶解率更加直接。

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