單顆粒ICP-MS應用：納米顆粒的溶解動力學
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20世紀90年代以來，人們對納米材料正面效應的研究取得了豐碩成果，并形成了大量的實用產品，比如衣物中加入Ag納米顆粒，可以抑菌；防曬產品中加入TiO2納米顆粒，可以屏蔽紫外線。這些產品對我們提供便利的同時，也對環境造成了潛在的危害。2004年7月29日美國的《科學此刻》及2004年8月4日《自然》分別介紹了該研究小組的報告，對納米污染發出預警。報告指出，“游離的納米顆粒和納米管可能會穿透細胞，產生毒性”；對于環境來說，“納米科技可能是柄雙刃劍”。
通過獲得納米顆粒的環境行為和顆粒大小、溶解率、顆粒團聚以及與樣品基體的相互作用的準確數據，可以幫助了解和評價這些新材料可能對環境健康造成危險的情況。常規ICP-MS只能將樣品消解后，測試溶解態的離子濃度信息，并不能直接測定這些納米顆粒的粒徑、粒徑分布和團聚等更具體的數據。單顆粒ICP-MS技術通過超快速的數據讀取時間，可分析每個納米顆粒產生的電子云，檢測ppb級（µg／L）濃度納米顆粒。
本報告研究了銀納米顆粒在不同水體中的溶解動力學。
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（科羅拉多學院礦業校園，高爾頓.科羅拉多）和自然水（采集點距離河流岸邊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/升的儲備溶液制成，最終濃度50納克/升。為了匹配觀察到的峰強度SP-ICP-MS，采用2%HNO3（光譜級）溶解銀標準（高純度標準; QC-7-M），用于校準和稀釋，最終濃度范圍為0.1-1微克/升。
實驗結果
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數據。初始濃度為50ng/L。綠色柱狀圖表示剛加入納米顆粒時的測試結果，脈沖信號強度主要分布在400~700范圍內，另有少部分在50左右及以下。紅色柱狀圖表示24小時候納米顆粒的測試結果，脈沖信號主要集中在100~300范圍內，50以下還有較強的信號。脈沖信號強度正比于顆粒的粒徑，24小時后脈沖強度下降，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軟件可自動將脈沖強度換算成顆粒直徑，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系統。而自然水系里粒子的變化很小，這可能由于自然系統固有的復雜性，需要更多研究找到導致粒子穩定性的因素。
上圖總結了在去離子水，自來水和自然水中，銀納米顆粒的粒徑變化趨勢。利用瞬時質量的平均粒徑,可以計算出粒子的溶解損失。模型化計算粒子的幾何表面積(假設球形質量的粒子), 損失質量/表面積(摩爾/ cm2)和時間可以計算得到溶解速率常數。在24小時內，遵循一階動力學規律。
總結
溶解電勢不同可能是區分粒子溶解過程和離子溶解過程的一個關鍵因素。這項研究在表明通過SP-ICP-MS定量計算Ag粒子的溶解率是可行的。使用SP-ICP-MS技術，通過原始粒子直徑來計算溶解率比通過溶液中Ag離子增加來計算其溶解率更加直接。
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