HPST ChromAtoMol #5 - časopis nejen pro analytické laboratoře

Význam tématu

Využití umělých i přírodních nanočástic se v posledních letech rozšířilo v řadě odvětví včetně medicíny, kosmetiky, textilního a potravinářského průmyslu. Nanočástice disponují odlišnými fyzikálními a chemickými vlastnostmi než makroskopické formy látek. Zároveň však jejich průnik do živých organismů a prostředí vyvolává otázku možných toxických účinků a dopadů na ekosystémy. Pro kvantitativní a kvalifikativní sledování přítomnosti nanočástic v různých matricích je proto nezbytné spolehlivé, citlivé a rychlé analytické řešení, které dokáže rozlišit a změřit jednotlivé nanočástice i ve složitých vzorcích.

Cíle a přehled studie

Studie představuje metodiku stanovení křemíkových nanočástic (SiO2) v biologických matricích za použití tandemového hmotnostního spektrometru s indukčně vázaným plazmatem Agilent 8900 ICP-QQQ v režimu spICP-MS (Single Particle ICP-MS). Cílem bylo dosáhnout co nejnižší detekovatelné velikosti částic, přesně změřit jejich koncentraci, velikostní distribuci a oddělit signály nanočástic od případných interferencí a rozpuštěné formy křemíku.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky nanočástic byly rozptýleny v homogenním roztoku s koncentrací jednotlivých částic do ~10^8 částic/l. Pro eliminaci aglomerátů a udržení dobré disperze byly vzorky před měřením důkladně homogenizovány. Analýza proběhla na přístroji Agilent 8900 ICP-QQQ vybaveném reakcí ve stacionární kolizně–reakční cele a detektorem mimo osu (off-axis). Díky možnosti volby reakčního plynu (vodík) a režimu MS/MS se podařilo zcela odstranit rušivé izobarické a molekulární interference (např. 12C16O^+ či 14N_2^+). Krátké integrační časy (dwell time 100 µs) umožnily zachytit jednotlivé pulsy iontů vzniklé přechodem jedné nanočástice do plazmatu. Naměřené časové záznamy byly zpracovány v softwaru MassHunter s modulem pro spICP-MS.

Hlavní výsledky a diskuse

Systém Agilent 8900 ICP-QQQ/MS/MS v režimu on-mass s vodíkovou reakcí dosáhl signálu pozadí u ^28Si^+ nižšího než 0,1 counts per dwell, což umožnilo detekovat nanočástice o průměru již kolem 20–30 nm. Statistickým vyhodnocením pulsů byla získána velikostní a početní distribuce částic ve vzorku. Režim spICP-MS rovněž rozlišil rozpustný křemík od částic, a tím stanovil samostatně koncentraci křemičitých nanočástic a koncentraci iontové formy křemíku.

Přínosy a praktické využití metody

• Možnost rapidního stanovení velikosti a koncentrace nanočástic ve složitých biologických a environmentálních matricích.
• Vysoká citlivost i selektivita díky odstranění všech hlavních interferencí v režimu ICP-MS/MS.
• Rozlišovací schopnost pro malé nanočástice až do ~20 nm v průměru.
• Simultánní stanovení formy částic (nano) a iontové formy téhož prvku.
• Jednoduché zpracování dat v jednom softwarovém prostředí.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj spICP-MS metodiky spočívá ve vylepšení multi-prvkové analýzy nanočástic, úplné automatizaci přípravy vzorků, větší rychlosti odběru dat (dwell times pod 100 µs) a aplikaci v in vivo studiích biodistribuce nanočástic. Rozšíření tandemové hmotnostní spektrometrie otevírá i nové možnosti pro sledování komplexních sloučenin a jejich agregátů v různých typech vzorků.

Závěr

Metoda spICP-MS na Agilent 8900 ICP-QQQ/MS/MS prokázala vysokou citlivost a selektivitu ve stanovení SiO_2 nanočástic v biologických matricích. Režim s kolizně-reakční celou a krátkou integrační dobou umožnil dosáhnout limitů detekce okolo 20–30 nm a zároveň oddělit částicovou a rozpustnou frakci prvku. Výsledná metodika je rychlá, robustní a vhodná pro rutinní monitoring nanočástic v laboratořích životního prostředí i pro toxikologický výzkum.

Reference

V textu není uvedena explicitní literatura.