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ICP-MS检测土壤中二氧化铈纳米颗粒

来源:珀金埃尔默 阅读数:150 时间:2020-10-16 09:33:09

二氧化铈CeO2纳米颗粒广泛用于工业领域,一旦被排放到环境中,土壤很可能成为储存颗粒的主要介质。尽管如此,由于环境中含铈矿物丰富导致天然本底较高,而CeO2纳米颗粒的含量非常低,因此检测和表征环境样品中的CeO2纳米颗粒仍然是一项挑战。单颗粒ICP-MS(SP-ICP-MS)已被证明是一种检测和表征工程纳米颗粒的强大技术,特别是在极低浓度下(尤其是环境样品),因为该技术能够快速提供有关粒径、粒径分布和颗粒计数浓度的有关信息。


本文介绍了一种焦磷酸钠(TSPP)提取,并使用SP-ICP-MS技术检测土壤样品中CeO2纳米颗粒的有效方法。



CeO2纳米颗粒标准物质(30-50nm),US ResearchNanomaterials公司(美国德克萨斯州休斯顿市)。


溶解铈标准品,High-Purity Standards标液公司(美国南卡罗来纳州查尔斯顿市)。


土壤,密苏里科技大学校园内收集的5厘米表层土壤。使用前,将土壤在烘箱中100℃下干燥,随后用陶瓷研钵和研杵研磨成细粉。然后将粉末样品在室温下储存在塑料样品袋中,以备将来使用。



所有样品分析均使用珀金埃尔默NexION® ICP-MS(美国康涅狄格州谢尔顿)单颗粒模式进行。如表1所示,仪器操作条件经过优化,最大灵敏度适于检测140Ce,这是储量最丰富的铈同位素,也不会受到干扰。



为了确定CeO2纳米颗粒的方法检出限(MDL),对由一系列0.5mg/L的CeO2纳米颗粒用0.025mM焦磷酸钠溶液稀释得到的标准品中各种颗粒的浓度(范围在500至256000NPs/mL)进行了分析。如图1 所示,测得的颗粒浓度表明颗粒浓度范围在0.0078g/L至1g/L之间呈线性趋势。但当颗粒浓度进一步降低至小于0.0078g/L时,数据偏离了校准曲线。这表明目前确立的SP-ICP-MS方法能够精确检测最低1700NPs/mL的CeO2纳米颗粒,其灵敏度极高。



用2.5 mM焦磷酸钠对加标和未加标的土壤进行提取,然后通过SP-ICP-MS进行分析。图3显示了两个样品的结果原始数据。可以看出,在两种情况下都出现了连续和脉冲信号,表明在两种土壤样品中都存在溶解的和颗粒态的铈。



为了探究焦磷酸钠浓度对土壤中CeO2纳米颗粒提取效率的影响,采用三种不同浓度的焦磷酸钠溶液(2.5mM,5 mM和10 mM)提取添加CeO2纳米颗粒土壤样品,并比较提取率。表2显示2.5 mM和5 mM的焦磷酸钠可以有效地从土壤中提取颗粒和溶解的铈(包括小于粒径检测限的颗粒)。然而,10 mM的焦磷酸钠会导致回收率较高。因此,通过该SP-ICP-MS方法,用于分析土壤中CeO2纳米颗粒的焦磷酸钠浓度应在2.5至5mM范围内。




本文证明了通过使用珀金埃尔默公司的NexION ICP-MS和Syngistix纳米应用软件模块,SP-ICP-MS法可用于在土壤样品中准确检测CeO2纳米颗粒。通过使用本文中所示的提取和检测方法,可以在不改变颗粒的理化性质的情况下,成功测定在天然土壤样品中添加CeO2的颗粒计数浓度、粒径和粒径分布。