High sensitivity analysis of SiO2 nanoparticles using the Agilent 8900 ICP-QQQ in MS/MS mode

Význam tématu

Nanomateriály, jako jsou koloidní křemíkové částice (SiO₂ NP), nacházejí široké uplatnění v průmyslu, spotřebním zboží, kosmetice a potravinářství. S narůstajícím využitím roste potřeba spolehlivě kvantifikovat koncentraci, velikostní rozdělení a potenciální toxicitu těchto částic. Single Particle ICP-MS (spICP-MS) umožňuje simultánní stanovení počtu částic, jejich rozměrů a rozpuštěných forem prvku, ale u SiO₂ se tradičně setkáváme s významnými polyatomovými interferencemi (CO, N₂) při m/z 28.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit schopnost Agilent 8900 ICP-QQQ pracujícího v MS/MS režimu s vodíkovým plynem v reaktoru eliminovat interferenční signály a dosáhnout vysoké citlivosti pro analýzu SiO₂ NP v režimu spICP-MS. Autoři testovali částice s nominálními průměry 50, 60, 100 a 200 nm, hodnotili detekční limity, přesnost velikosti a koncentrace a dopad organického matrice (1 % etanol).

Použitá metodika

Reference SiO₂ NP byly naředěny na koncentrace 40–1000 ng/L a homogenizovány sonikací. Pro odhad nebulizační účinnosti se měřil poměr hmotnosti vstupujícího vzorku a odváděné kondenzované vody ve sprayi, případně byla použita známá velikost Au NP jako CRM. Analýza probíhala v režimu fast Time Resolved Analysis s dobou dwell 0,1 ms bez doby vyrovnání signálu.

Použitá instrumentace

• Agilent 8900 ICP-QQQ (MS/MS konfigurace)
• Nickelové sampler a skimmer kužely
• Skleněný koncentricní nebulizér a křemenná sprchová komora (2 °C)
• Křemenná hořáková trubice s 1 mm injektorem
• Peristaltické čerpadlo s 1,02 mm hadičkou
• Vodíkový reaktorový plyn: 2,0 mL/min (voda), 3,0 mL/min (1 % etanol)
• Software MassHunter s modulem Single Nanoparticle Application

Hlavní výsledky a diskuse

Nebulizační účinnost byla určena na 0,065, což umožnilo spolehlivé převedení iontového signálu na hmotnost částice. Režim MS/MS s H₂ reaktorem účinně potlačil interferenční ¹²C¹⁶O a ¹⁴N₂, přičemž TRA signály jednotlivých 50 nm částic byly jasně rozeznatelné nad nízkou základní hladinou. Detekční limit velikosti (BED) činil 22 nm. Naměřené střední, mediánové a módní hodnoty velikostí (49–200 nm) kopírovaly hodnoty z TEM a koncentrace částic se shodovala s přípravou vzorku. Logaritmický vztah mezi signálovou intenzitou a průměrem vykázal sklon 2,84, což odpovídá teoretickému šestinásobnému poměru hmotnosti (d³ závislost).

Přínosy a praktické využití metody

Využití ICP-QQQ v MS/MS spolu s Single Nanoparticle Module přináší krátké časy analýzy, nízký pozadí signálu i v organických matricích a umožňuje sledovat SiO₂ NP již od ~22 nm. Metoda je vhodná pro rutinní monitoring ve výrobě, kontrolu kvality v potravinách, kosmetice a environmentální sledování.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření metodiky pro další obtížně stanovitelné prvky (Ti, Fe, S), automatizace přípravy vzorků, integrace s chromatografiemi nebo separátory pro komplexní matice a využití ve farmaceutickém výzkumu či biomedicíně pro sledování biodistribuce nanomateriálů.

Závěr

Agilent 8900 ICP-QQQ v MS/MS režimu s vodíkem v buňce poskytuje robustní a vysoce citlivou metodu pro charakterizaci SiO₂ nančástic. Studie prokázala přesné určení velikosti a koncentrace částic od 50 do 200 nm, odstraňování interferencí a soulad výsledků s TEM a připravenými standardy.

Reference

• Degueldre C, Favarger P-Y. Colloids Surf A. 2003;217:137–142.
• Pace HE, Rogers NJ, Jarolimek C, Coleman VA, Higgins CP, Ranville JF. Anal Chem. 2011;83:9361–9369.
• Olesik JW, Gray PJ. J Anal At Spectrom. 2012;27:1143–1155.
• Laborda F, Jimenez-Lamana J, Bolea E, Castillo JR. J Anal At Spectrom. 2011;26:1362–1371.