Quantifying Copper Nanoparticles on Plant Leaves using Single-Particle ICP-MS

Význam tématu

Nanoformulace agrochemikálií, jako jsou nano-hnojiva a nano-pesticidy, nabízejí potenciál zvýšit účinnost aplikace a snížit množství používaných chemikálií.
Důkladná analýza a kvantifikace stávajících nanočástic na potravinách je zásadní pro hodnocení jejich bezpečnosti a dopadů na zdraví člověka a životní prostředí.
Metoda spICP-MS (single-particle ICP-MS) poskytuje rychlé a citlivé stanovení velikostního rozdělení a koncentrací nanočástic v biologických vzorcích.

Cíle a přehled studie

Cílem byla kvantifikace nano-oxidů mědi (nano-CuO) přilnutých k listům jedlých plodin (kadeřávek, hlávkový salát, listový kel).
Studie simulovala postřik nano-pesticidem, následné oplachy listů a analýzu oplachových vod pomocí spICP-MS.
Výsledky měly pomoci porozumět, kolik nanočástic může zůstat na povrchu potravin a jaký vliv má struktura listu na jejich retenci.

Použitá metodika a instrumentace

Využito Agilent 7900 ICP-MS v režimu spICP-MS s časově rozlišenou akvizicí 100 µs.
Připravené vzorky: nano-CuO (20–100 nm) jako modelový nano-pesticid, standardní Au NP (60 nm) pro stanovení nebulizační účinnosti.
Příprava vzorků: listy řezány na čtverce 75×75 mm, nanesení 10×20 µL nano-CuO (1 mg/L), sušení 2 h, opakované třikrát oplachy 10 mL DI vody.
Analytické parametry: RF výkon 1550 W, rychlost čerpadla 0,1 rps, teplota 2 °C, čas akvizice 90 s.
Před každou analýzou sonikace vzorků 10 min pro zajištění homogenní suspenze.

Hlavní výsledky a diskuse

Kontrolní vzorky (bez nano-CuO) vykázaly nízké koncentrace Cu-NP (30–90 ng/L) přirozeně přítomných na listech.
Listy po expozici nano-CuO obsahovaly v prvním oplachu 500–750 µg/L Cu-NP (nejvyšší u listového kelu 752,5 µg/L).
Kadeřávek díky hrubé a hydrofobní struktuře retenoval více částic ve všech třech oplachech než hladší salát.
Velikostní distribuce ukázala, že nejmenší částice (30–80 nm) se snadno odplavují, zatímco větší (100–250 nm) mohou zůstat uvíznuté v povrchových záhybech.
Koncentrace ve třetím oplachu byla výrazně nižší, pod limitem 1,3 mg/L podle EPA.

Přínosy a praktické využití metody

spICP-MS kombinuje rychlé stanovení počtu částic, velikosti a koncentrace rozpuštěného prvku v jediné analýze.
Metoda vyžaduje minimální přípravu vzorku a je vhodná pro rutinní monitorování nano-pesticidů ve vodách a na povrchu potravin.
Výsledky mohou ovlivnit postupy mytí a certifikace bezpečnosti potravin, stejně jako vývoj šetrnějších nanoformulací.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace spICP-MS s chromatografickými separacemi pro rozlišení různých typů nanočástic v komplexních matricích.
Další výzkum vlivu morfologie plodin a aplikovaných povrchových úprav na retenci nanočástic.
Nasazení metody v monitorovacích programech pro povrchové vody, půdu a potraviny v reálných polních podmínkách.
Vývoj standardizovaných postupů a referenčních materiálů pro validaci měření nanočástic v potravinářských a environmentálních vzorcích.

Závěr

spICP-MS na přístroji Agilent 7900 je efektivní a citlivý nástroj pro stanovení nanočástic na listech plodin.
Struktura povrchu listů významně ovlivňuje retenci nanočástic, což je důležité pro bezpečnost potravin.
Při správném oplachu lze většinu nano-CuO z povrchu rostlin odstranit, hladší plodiny vyžadují méně cyklů.

Reference

1. Montano M.D. et al. Anal Bioanal Chem 408 (2016) 5053–5074.
2. Sun X. et al. Angew Chem 48 (2009) 939–942.
3. Trumbo P. et al. J Am Diet Assoc 101(3) (2001) 294–301.
4. EFSA NDA Panel. EFSA Journal 13(10) (2015) 4253.
5. WHO Guidelines for drinking-water quality, 4th ed. (2011).
6. US EPA National Primary Drinking Water Regulations (2018).
7. Adeleye A.S. et al. Environ Sci Technol 48 (2014) 12561–12568.
8. Pace H. et al. Anal Chem 83 (2011) 9361–9369.