用單粒子ICP-MS對廢水中的銀納米顆粒的分析測量
“納米銀”是“銀納米顆粒”的簡稱或俗稱,指由銀原子組成的顆粒,其粒徑通常在1~100nm范圍。銀材料表面具有抑菌性質(zhì)早已為人熟知,其機理是位于材料表面的銀原子可以被環(huán)境中的氧氣緩慢氧化,釋放出游離的銀離子(Ag+),這些銀離子通過與細(xì)菌壁上巰基結(jié)合,阻斷細(xì)菌的呼吸鏈,最終殺死附著在材料表面的細(xì)菌。由于納米顆粒的小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng),隨著顆粒尺寸的減小,納米銀的表面原子數(shù)與其內(nèi)部原子數(shù)的比例急速升高,最終導(dǎo)致其銀離子的釋放速率顯著增高,殺菌效果更加顯著。
利用納米銀抑菌特性的各種產(chǎn)品,包括紡織品、化妝品、藥品等,以及其他工業(yè)產(chǎn)品,越來越多的研發(fā)并被投入使用。這些納米銀最終將會進入到環(huán)境中,對生態(tài)環(huán)境和生物健康產(chǎn)生影響。
快速地檢測和表征在各種不同的環(huán)境基體下的納米粒子的技術(shù)手段因此顯得極為必要,而珀金埃爾默公司的單顆粒ICP-MS技術(shù)則可以很好的應(yīng)對這項挑戰(zhàn)。
本實驗帶您了解不同的廢水中,單顆粒ICP-MS測定納米銀的能力。
樣品
水樣:是從加拿大魁北克省蒙特利爾附近的污水處理廠抽取。
廢水:是經(jīng)過污水處理廠最終處理后排放到河里的廢水,在二級沉降池后收集。
混合溶液:經(jīng)過生物處理后離開曝氣池,到達(dá)二級沉降池處理懸浮物和沉積物的廢水,從二級曝氣池收集。
海藻酸鹽:一種在廢水中可以檢測到并由廢水中溶解性有機碳組成的ppm級多糖。海藻酸鹽溶液被用作于比較廢水樣品的一個已知的控制和替代物。用去離子水溶解從褐藻提取的海藻酸鈉(Sigma-Aldrich, St. Louis, Missouri, USA)配制成濃度為6ppm的海藻酸鹽溶液,并震蕩一個小時。
實驗
平均粒徑為67.8±7.6nm的用PVP包裹的Ag ENPs標(biāo)準(zhǔn)品(用TEM定值,nanoComposix™ Inc., San Diego, California, USA),加入10mL到所有樣品中,使?jié)舛葹?0ppb(5,000,000粒/mL)。樣品用去離子水稀釋10-1000倍,測試前超聲5分鐘。所有樣品一式三份。
使用PerkinElmer NexION® 300D/350D ICP-MS進行分析,采用SP-ICP-MS模式,在Syngistix™軟件納米分析模塊下進行。實驗參數(shù)如表1所示。
實驗結(jié)果
圖1顯示了0.1ppb(50,000粒/mL)Ag ENPs標(biāo)準(zhǔn)品的粒徑分布,相當(dāng)于66.1±0.1nm的平均粒徑,濃度為52,302±2102粒/mL。對粒徑的測試結(jié)果和TEM定值的一致性表明海藻酸鹽基并不影響測量精度。
圖1:在6ppm海藻酸鹽溶液中的Ag的粒徑分布
在確定海藻酸鹽溶液技術(shù)的準(zhǔn)確度的基礎(chǔ)上,排放廢水和混合溶液樣品進行下一步的測量。
圖2和圖3顯示了廢水和混合溶液各自的粒徑分布。分析前樣品稀釋100倍,表2顯示了粒徑大小和顆粒濃度的測試結(jié)果。另外,平均粒徑與證書標(biāo)稱值一致,顆粒濃度接近計算值,表明沒有廢水基體會影響測量結(jié)果。這些結(jié)果表明,可以準(zhǔn)確測量在廢水樣品中的Ag ENPs。
圖2:稀釋100倍廢水中Ag的粒徑分布
圖3:稀釋100倍的混合溶液中Ag的粒徑分布
結(jié)論
實驗證明SP-ICP-MS具有準(zhǔn)確測試三種不同類型廢水樣品中的銀納米粒子的能力。雖然廢水基體很復(fù)雜,但是它們不會抑制SP-ICP-MS準(zhǔn)確測量粒徑和納米粒子濃度的能力。
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