Accurate Determination of TiO2 Nanoparticles in Complex Matrices using the Agilent 8900 ICP-QQQ

Význam tématu

Titanium dioxide nanopartikule (TiO2 NPs) nacházejí široké využití v barvách, potravinářských barvivech, kosmetice a farmacii. Díky vysokému indexu lomu se uplatňují především v ochranných přípravcích proti UV záření. S tím však souvisí otázka jejich biologické osudu a potenciálních toxických účinků při vstupu do životního prostředí nebo lidského organismu. Spolehlivá a citlivá metoda pro kvantifikaci a charakterizaci TiO2 NPs v komplexních matricích je proto klíčová jak pro vědecký výzkum, tak pro regulaci a kontrolu kvality.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace bylo demonstrovat schopnost Agilent 8900 ICP-QQQ pracujícího v MS/MS režimu s reakcí v buňce (O2+H2) pro:

• Rozlišení polyatomových a izobarických interferencí při měření Ti, zejména 48Ti.
• Stanovení velikosti, koncentrace a počtu TiO2 nanopartiklí v referenčních materiálech a komerčních vzorcích krémů na opalování.
• Ověření vlivu různých matric na citlivost a přesnost metody.

Použitá metodika a instrumentace

Analýza byla vedena v režimu spICP-MS (single particle ICP-MS) s časově rozlišeným záznamem (fast TRA, 0,1 ms) na přístroji Agilent 8900 ICP-QQQ v MS/MS mass‐shift režimu. Prekurzorový kvadrupól (Q1) selektoval m/z 48, reakční buňka s O2+H2 převedla Ti+ na TiO+ (m/z 64), druhý kvadrupól (Q2) pak propustil jen m/z 64 do detektoru. Tím se eliminovaly zásadní interference od P, S, Ca, Si, C i izobarických překryvů 48Ca na 48Ti.

Instrumentace:

• ICP-QQQ Agilent 8900 Advanced Applications
• Standardní skleněný koncentričný nebulizér a křemenná sprchová komora
• Křemenná hořáková trubice (i.d. 1,0 mm) a niklové kužely
• Peristaltické čerpadlo s 1,02 mm hadičkami
• Software MassHunter Single Nanoparticle Application Module

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizovaná kombinace kyslíku a vodíku v buňce významně redukovala falešné signály v matricích až do 0,01 ppb chyby, přestože citlivost klesla z cca 155 000 na 79 000 cps/ppb. Detekční limit velikosti nanopartiklí činil přibližně 30 nm. Měření NIST SRM 1898 ukázalo průměrnou velikost 71 nm, v souladu s údaji z LDS, XRC a DLS. Analýza komerčního krému na opalování rozpuštěného v deionizované vodě, vodovodní vodě i syntetické matici (P, S, Ca, Si, ethanol) potvrdila stabilní výsledek průměrné velikosti kolem 77–84 nm bez významného vlivu složek matrice.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí rychlou, citlivou a spolehlivou charakterizaci TiO2 nanopartiklí v různých komplexních matricích, včetně kosmetických a potravinářských vzorků. Výsledky lze využít pro:

• Kontrolu kvality a ověřování shody s legislativními limity (EU 1223/2009, EFSA E 171).
• Bezpečnostní a toxikologické studie nanopartiklí.
• Výzkumné projekty zaměřené na transport a osud nanomateriálů v prostředí.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření spICP-MS metod na další typy kovových nanomateriálů a jejich sloučenin. Klíčové je i standardizování protokolů pro měření v různorodých vzorcích, integrace s dalšími charakterizačními technikami (TEM, DLS) a automatizace datové analýzy. Regulátoři budou pravděpodobně vyžadovat vyšší rozlišení a kvantifikaci menších částic pod 30 nm, stejně jako komplexní posouzení transformačních procesů nanopartiklí v reálných podmínkách.

Závěr

Agilent 8900 ICP-QQQ v MS/MS režimu s O2+H2 cell gas prokázal vynikající schopnost potlačit spektrální i maticové interferenční signály při zachování dostatečné citlivosti pro detekci TiO2 nanopartiklí již od ~30 nm. Metoda je vhodná pro routine analýzy v environmentálních, potravinářských i kosmetických laboratořích.

Reference

1. V. Nischwitz, H. Goenaga-Infante, J. Anal. At. Spectrom. 2012, 27(7), 1084–1092.
2. C. Contado, A. Pagnoni, Anal. Methods 2010, 2, 1112–1124.
3. I. López-Heras, Y. Madrid, C. Cámara, Talanta 2014, 124, 71–78.
4. P. Lu et al., J. Food Drug Anal. 2015, 23, 587–594.
5. NIST SRM 1898 Titanium Dioxide Nanomaterial, 2012.
6. Z. Magdolenova et al., J. Environ. Monit. 2012, 14, 455–464.
7. G. Woods, E. McCurdy, Spectroscopy 2015, 30(11), 18–25.
8. FDA Guidance on Safety of Nanomaterials in Cosmetics, 2014.
9. N. Sadrieh, Presentace CDER FDA 2012.
10. Regulation (EC) No 1223/2009 on Cosmetic Products.
11. Commission Regulation (EU) 2016/1143.
12. EFSA Journal 2016;14(9):4545.
13. A. Dhawan, V. Sharma, Anal. Bioanal. Chem. 2010, 398(2), 589–605.