一種快速分離測定納米銀和銀離子的方法
2023-05-16 03:58:11
一種快速分離測定納米銀和銀離子的方法
【專利摘要】一種快速分離測定納米銀和銀離子的方法，其步驟為：1)消解樣品後用電感耦合等離子體質譜測定總銀；2)樣品中加入1-5mM的Na2S2O3作為銀離子絡合劑，液相色譜-電感耦合等離子體質譜分離測定銀離子含量；液相色譜選擇改性矽膠為固定相的色譜柱，表面活性劑-銀離子絡合劑混合液為流動相；表面活性劑的濃度為0.01％-0.2％v/v，銀離子絡合劑濃度為1-5mM；3)將步驟1的總銀含量減去步驟2的銀離子含量，得納米銀含量。本發明操作步驟簡單，適用粒徑範圍寬，分析結果重現性好，可用於抗菌產品和環境水樣納米銀和銀離子分離測定，並能用作納米銀定性分析。
【專利說明】一種快速分離測定納米銀和銀離子的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於環境分析化學領域，具體地涉及一種基於高效液相色譜-電感耦合等 離子體質譜（HPLC-ICP-MS)聯用技術快速分離測定納米銀和銀離子的方法。
【背景技術】
[0002] 納米銀由於具有優異的殺菌活性，得到了大量生產和廣泛應用。據統計，在超 過1600種含有納米材料的消費品中，約25%含有納米銀，應用領域涉及食品、紡織品、醫 療器械等（FM Christensen, HJ Johnston, et al，Nanatoxicology 2〇10,4,284_295;B Nowack, HF Krug, et al, Environ. Sci. Technol. 2011，45, 1177-1183)。這些產品在生產、使 用和處理過程中，不可避免地會將納米銀釋放到環境中，對人體健康、生存環境和社會安全 等造成潛在危害（AD Maynard, RJ Aitken, T Butz, et al, Nature 2006, 444, 267-269)。目 前，納米銀的毒性機理尚不明確，這與納米銀容易被氧化釋放銀離子密切相關。因此，為了 科學評價納米銀的暴露風險和進一步了解納米銀的毒性機制，需建立有效分離測定納米銀 和銀離子的方法。
[0003] 近年來，關於納米銀和銀離子的分離分析方法已有一些報導，主要是基於粒徑分 離技術，如過濾、離心、離心超濾和密度梯度離心等與不同檢測器（ICP-MS、ICP-〇ES、AAS) 的離線聯用。但是，這些技術對於小粒徑納米銀團簇2nm)和銀離子的分離往往比較 困難。透析、濁點萃取、固相萃取及中空纖維支載液膜萃取儘管能區分小粒徑納米銀團簇和 銀離子，但耗時較長。為解決這些技術難題，場流分離、液相色譜、毛細管電泳與ICP-MS在 線聯用已應用於納米銀和銀離子分離測定，但相關報導很少。值得強調的是，這些技術理論 上可分離l-l〇〇nm的納米銀和銀離子，但實際上目前只是在分離5nm以上的納米銀和銀離 子比較有效，對於區分5nm以下的納米銀團簇和銀離子依舊面臨很大的挑戰，成為阻礙實 際樣品中納米銀和銀離子分離測定的瓶頸（51(1?町11丨31118，貝1?11117〇11，44六81^11168,4仙1· Chem. 2011，83, 634-642)。其中，在僅有的一篇HPLC-ICP-MS聯用分離納米銀和銀離子的 報導中，由於採用孔徑Ι000Α C18鍵合的矽膠為固定相的色譜柱，難以實現 7nm納米銀和銀離子的分離。同時並未將方法應用到複雜基 體中納米銀和銀離子的定量測定（J Soto_Alvaredo，M Montes_Bayon，J Bettmer，Anal. Chem. 2013, 85, 1316-1321)。因此，開發一種快速分離測定納米銀和銀離子的新方法具有重 要意義。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種基於高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜 (HPLC-ICP-MS)聯用技術快速分離測定納米銀和銀離子的方法。
[0005] 為實現上述目的，本發明提供的快速分離測定納米銀和銀離子的方法，其步驟 為：
[0006] 1)消解樣品後用電感耦合等離子體質譜測定總銀；
[0007] 2)樣品中加入l_5mM的Na2S203作為銀離子絡合劑，液相色譜-電感耦合等離子體 質譜分離測定銀離子；
[0008] 液相色譜選擇500人改性矽膠為固定相的色譜柱，表面活性劑-銀離子絡合劑混 合液為流動相；
[0009] 表面活性劑的濃度為0. 01% -0. 2% v/v，銀離子絡合劑濃度為l-5mM ;
[0010] 3)將步驟1的總銀含量減去步驟2的銀離子含量，得納米銀含量。
[0011] 所述的方法中，步驟1)是採用酸消解或微波消解樣品。
[0012] 所述的方法中，步驟2)加入2mM的Na2S20 3作為銀離子絡合劑。
[0013] 所述的方法中，步驟2)是採用500A C18、羧基或氨基鍵合的改性矽膠為固定相 的色譜柱。
[0014] 所述的方法中，步驟2)的表面活性劑為FL-70,濃度為01% v/v。
[0015] 所述的方法中，步驟2)中流動相的流速為0. 7mL/min。
[0016] 與現有的納米銀和銀離子的分離分析方法相比，本方法具有以下優點：
[0017] 1)操作簡單，分析時間短，整個分離過程僅需5min，含HPLC自動進樣時間（? 52s)。
[0018] 2)分析結果重現性好，靈敏度高，可實現0. 019 μ g/L銀離子和納米銀的測定。
[0019] 3)穩定性好，複雜基體不幹擾納米銀和銀離子分離測定。
[0020] 4)適用粒徑範圍寬，可實現l-100nm納米銀和銀離子基線分離。
[0021] 5)可作定性分析，從譜圖可以判斷樣品中銀的主要形態。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發明FL-70濃度對納米銀在氨基柱上保留影響。圖中曲線1、2、3、4、5分 別表示 FL-70 濃度為 0. 01%、0. 02%、0. 05%、0. 1%、0. 2% v/v 時的曲線。
[0023] 圖2是本發明Na2S203濃度對納米銀和銀離子分離影響。圖中曲線1、2、3、4分別 表示Na 2S203濃度為0mM、lmM、2mM、5mM時的曲線。
[0024] 圖3是最佳分離條件下，不同粒徑納米銀（l-100nm)及納米金和銀離子分離譜圖。 圖中曲線1、2、3、4、5分別表示lnm納米銀、10nm納米銀、100nm納米銀、銀離子、3_5nm納米 金的曲線。
【具體實施方式】
[0025] 本發明通過選用孔徑500 A氨基鍵合的改性矽膠為固定相的色譜柱，以一定濃 度的表面活性劑和銀離子絡合劑為流動相，實現了 ng/L水平的納米銀和銀離子的分離測 定，並成功應用於抗菌產品和實際環境水樣的測定。
[0026] 在本發明中提出了納米銀和銀離子的形態分析方法，包括總銀測定、樣品製備、納 米銀和銀離子分離測定方法，具體地包括以下步驟：
[0027] a、酸消解或微波消解樣品，超純水稀釋至一定體積後直接ICP-MS測定樣品總銀；
[0028] b、在樣品中加入Na2S203, Na2S203濃度為l_5mM，最佳濃度為2mM ;
[0029] c、HPLC-ICP-MS分離測定銀離子，並通過差減法計算得納米銀含量；
[0030] 色譜柱採用500 A色譜柱，可以是C18、羧基或氨基鍵合的改性矽膠為固定相的 色譜柱；
[0031] 流動相採用表面活性劑FL-70和銀離子絡合劑Na2S20 3的混合液為流動相。
[0032] FL-70濃度的選擇請參閱圖1。以10nm納米銀為例，本發明考察了不同濃度表面 活性劑FL-70為流動相時，氨基柱對納米銀保留影響。由圖1可以看出，隨著FL-70濃度增 力口，納米銀保留時間延長，同時，相應納米銀的信號也有所增強；本發明選擇FL-70的濃度 為 0.01 %-0.2 % (v/v)，最佳濃度為 0.1 % (v/v)。
[0033] Na2S203濃度的選擇請參閱圖2。隨著Na2S 203濃度增加，銀離子信號強度和納米銀 與銀離子的分離度明顯增加，而相應納米銀的信號有所減弱，這是由於納米銀表面吸附的 銀離子可以被Na 2S203解吸附下來；本發明選擇Na2S20 3濃度為l-5mM，最佳濃度為2mM ;
[0034] 根據圖1和圖2的結構，本發明選擇的流動相為0. 01% -0. 2% v/v表面活性劑和 l-5mM銀離子絡合劑的混合液，最佳的為0. lv/v表面活性劑和2mM銀離子絡合劑的混合液。
[0035] 為了儘可能縮短分析時間，流動相的流速控制在0. 7mL/min ;
[0036] 本發明的測定方法不局限於納米銀和銀離子，還適用於其它的納米顆粒及其對應 的金屬離子。
[0037] 以下結合附圖並通過實例對本發明的【具體實施方式】做進一步的說明。
[0038] 實施例
[0039] (a)樣品中總銀測定
[0040] 採用CEM Mars 5 Xpress型（美國）微波消解裝置進行樣品的消解以測定銀含 量。取適量納米銀抗菌產品（0. 02-0. 2g)於50mL消解罐中，加入3mL圓03和2!1^ H202，在 120°C (800W)保持lOmin，以5°C /min的速率升至180°C (1600W)保持30min，消解完成後 用超純水稀釋至50-100mL。將1000mg/L的Ag單元素溶液標準物質（GBW 08610,中國計量 科學院）用5% ΗΝ03經逐級稀釋配置標準曲線，採用Aglient 7700cs ICP-MS進行樣品銀 含量測定。
[0041] (b)HPLC-ICP-MS測定樣品中總銀離子
[0042] ①選用含 2mM Na2S203 的 0· 1 % FL-70 (v/v)作為流動相；
[0043] ②選用孔徑500A的氨基鍵合的改性矽膠為固定相的色譜柱進行分離；
[0044] ③設置流動相流速為0· 7mL/min ;
[0045] ④配置系列含2mM Na2S203的銀離子標準溶液；
[0046] ⑤納米銀樣品稀釋後，加入Na2S203至2mM ;
[0047] ⑥各取20 μ L銀離子標準液和納米銀樣品注入HPLC-ICP-MS進行測定；
[0048] ⑦記錄峰面積，按外標法以峰面積對標準溶液中銀離子含量計算回歸方程，由所 獲的回歸方程計算得樣品中總銀離子含量；
[0049] ⑧根據上述步驟，依次對⑥中樣品進行重現性測定和回收率測定。
[0050] (c)樣品中納米銀的測定
[0051] 採用差減法，用樣品中總銀的量扣除樣品中總銀離子含量可以間接得到樣品中納 米銀的含量。
[0052] 實施例2 :步驟（a)中總銀的測定
[0053] 在實施例2中，對於簡單的水樣，除了將實施例1(a)步中所述的消解方法替換為 9. 5ml水樣中加入0. 5mL ΗΝ03，室溫下250rpm振蕩2h以外，後用ICP-MS進行與實施例1中 相同操作測定。總銀離子的測定採用與實施例1相同的操作。納米銀測定採用實施例1中 的方法，用總銀的量扣除總銀離子的含量得到納米銀的含量。
[0054] 實施例3-6 :步驟（b)中FL-70濃度選擇
[0055] 在實施例3-6中，除了將實施例1中（b)步中在流動相中不加 Na2S203，將FL-70濃 度分別替換為〇. 〇 1 %，〇. 02 %，0. 05 %或0. 2 % v/v，進行與實施例1相同操作。
[0056] 通過在線聯用的ICP-MS檢測可以發現，隨著FL-70濃度增加，納米銀的響應相對 增強，其保留時間也有所延後（見圖1)。同時，濃度增加至0.2% v/v可能會導致納米銀峰 拖尾。所以，FL-70的濃度最優為0. 1% v/v。
[0057] 實施例7-8 :步驟（b)中Na2S203濃度選擇
[0058] 在實施例7-8中，除了將實施例1中Na2S20 3濃度分別替換為ImM或5mM，進行與實 施例1相同的操作。
[0059] 通過在線聯用的ICP-MS檢測發現，在加入Na2S20 3後，能檢測到與納米銀共存的銀 離子信號。同時，隨著Na2S20 3濃度增加，納米銀和銀離子的保留時間有所延後，納米銀信號 有所減弱，銀離子信號增強（見圖2)。最終，Na 2S203的濃度最優為2mM。
[0060] 實施例9-10 :步驟（b)中色譜柱的選擇
[0061] 在實施例9-10中，除了將實施例1中孔徑500A的氨基鍵合的改性矽膠為固定相 的色譜柱替換為孔徑500A的羧基鍵合的改性矽膠為色譜柱或孔徑500人的C18鍵合的 改性矽膠為色譜柱以外，進行與實施例相同的操作進行分離。
[0062] 通過在線聯用的ICP-MS檢測發現，孔徑500A的色譜柱均能有效分離l-l〇〇nm納 米銀和銀離子。
[0063] 由圖3可以看出，粒徑越小保留時間越長，說明本方法分離的原理是尺寸排阻 作用。幾種粒徑納米銀保留時間非常接近，均在3. 5min左右，而銀離子保留時間始終在 4.5min。因此，可以總結500A孔徑的氨基柱能實現l-l〇〇nm範圍內納米銀和銀離子的基 線分離。3-5nm納米銀保留時間在lnm納米銀團簇和10nm納米銀之間，進一步說明本方法 分離過程只與分析物顆粒大小有關。
【權利要求】
1. 一種快速分離測定納米銀和銀離子的方法，其步驟為： 1) 消解樣品後用電感耦合等離子體質譜測定總銀； 2) 樣品中加入l_5mM的Na2S203作為銀離子絡合劑，液相色譜-電感耦合等離子體質譜 分離測定銀離子含量； 液相色譜選擇500A改性矽膠為固定相的色譜柱，表面活性劑-銀離子絡合劑混合液 為流動相； 表面活性劑的濃度為0. 01% -0. 2% v/v，銀離子絡合劑濃度為l-5mM ; 3) 將步驟1的總銀含量減去步驟2的銀離子含量，得納米銀含量。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，步驟1)是採用酸消解或微波消解樣品。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中，步驟2)加入2mM的Na2S203作為銀離子絡合劑。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中，步驟2)是採用500人C18、羧基或氨基鍵合的改 性矽膠為固定相的色譜柱。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中，步驟2)的表面活性劑為FL-70,濃度為01% v/ Vo
6. 根據權利要求1所述的方法，其中，步驟2)中流動相的流速為0.7mL/min。
【文檔編號】G01N30/02GK104155381SQ201410414951
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月21日 優先權日:2014年8月21日
【發明者】劉景富, 周小霞, 劉睿 申請人:中國科學院生態環境研究中心