CN104155381A

CN104155381A - 一种快速分离测定纳米银和银离子的方法

Info

Publication number: CN104155381A
Application number: CN201410414951.3A
Authority: CN
Inventors: 刘景富; 周小霞; 刘睿
Original assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Current assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2014-11-19

Abstract

一种快速分离测定纳米银和银离子的方法，其步骤为：1)消解样品后用电感耦合等离子体质谱测定总银；2)样品中加入1-5mM的Na₂S₂O₃作为银离子络合剂，液相色谱-电感耦合等离子体质谱分离测定银离子含量；液相色谱选择改性硅胶为固定相的色谱柱，表面活性剂-银离子络合剂混合液为流动相；表面活性剂的浓度为0.01％-0.2％v/v，银离子络合剂浓度为1-5mM；3)将步骤1的总银含量减去步骤2的银离子含量，得纳米银含量。本发明操作步骤简单，适用粒径范围宽，分析结果重现性好，可用于抗菌产品和环境水样纳米银和银离子分离测定，并能用作纳米银定性分析。

Description

一种快速分离测定纳米银和银离子的方法

技术领域

本发明属于环境分析化学领域，具体地涉及一种基于高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱(HPLC-ICP-MS)联用技术快速分离测定纳米银和银离子的方法。

背景技术

纳米银由于具有优异的杀菌活性，得到了大量生产和广泛应用。据统计，在超过1600种含有纳米材料的消费品中，约25％含有纳米银，应用领域涉及食品、纺织品、医疗器械等(FM Christensen,HJ Johnston,et al,Nanatoxicology 2010,4,284-295；B Nowack,HF Krug,et al,Environ.Sci.Technol.2011,45,1177-1183)。这些产品在生产、使用和处理过程中，不可避免地会将纳米银释放到环境中，对人体健康、生存环境和社会安全等造成潜在危害(AD Maynard,RJ Aitken,T Butz,et al,Nature 2006,444,267-269)。目前，纳米银的毒性机理尚不明确，这与纳米银容易被氧化释放银离子密切相关。因此，为了科学评价纳米银的暴露风险和进一步了解纳米银的毒性机制，需建立有效分离测定纳米银和银离子的方法。

近年来，关于纳米银和银离子的分离分析方法已有一些报道，主要是基于粒径分离技术，如过滤、离心、离心超滤和密度梯度离心等与不同检测器(ICP-MS、ICP-OES、AAS)的离线联用。但是，这些技术对于小粒径纳米银团簇(≤2nm)和银离子的分离往往比较困难。透析、浊点萃取、固相萃取及中空纤维支载液膜萃取尽管能区分小粒径纳米银团簇和银离子，但耗时较长。为解决这些技术难题，场流分离、液相色谱、毛细管电泳与ICP-MS在线联用已应用于纳米银和银离子分离测定，但相关报道很少。值得强调的是，这些技术理论上可分离1-100nm的纳米银和银离子，但实际上目前只是在分离5nm以上的纳米银和银离子比较有效，对于区分5nm以下的纳米银团簇和银离子依旧面临很大的挑战，成为阻碍实际样品中纳米银和银离子分离测定的瓶颈(SKR Williams,JR Runyon,AA Ashames,Anal.Chem.2011,83,634-642)。其中，在仅有的一篇HPLC-ICP-MS联用分离纳米银和银离子的报道中，由于采用孔径C18键合的硅胶为固定相的色谱柱，难以实现<7nm纳米银和银离子的分离，仅实现了≥7nm纳米银和银离子的分离。同时并未将方法应用到复杂基体中纳米银和银离子的定量测定(J Soto-Alvaredo,M Montes-Bayon,J Bettmer,Anal.Chem.2013,85,1316-1321)。因此，开发一种快速分离测定纳米银和银离子的新方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱(HPLC-ICP-MS)联用技术快速分离测定纳米银和银离子的方法。

为实现上述目的，本发明提供的快速分离测定纳米银和银离子的方法，其步骤为：

1)消解样品后用电感耦合等离子体质谱测定总银；

2)样品中加入1-5mM的Na₂S₂O₃作为银离子络合剂，液相色谱-电感耦合等离子体质谱分离测定银离子；

液相色谱选择改性硅胶为固定相的色谱柱，表面活性剂-银离子络合剂混合液为流动相；

表面活性剂的浓度为0.01％-0.2％v/v，银离子络合剂浓度为1-5mM；

3)将步骤1的总银含量减去步骤2的银离子含量，得纳米银含量。

所述的方法中，步骤1)是采用酸消解或微波消解样品。

所述的方法中，步骤2)加入2mM的Na₂S₂O₃作为银离子络合剂。

所述的方法中，步骤2)是采用C18、羧基或氨基键合的改性硅胶为固定相的色谱柱。

所述的方法中，步骤2)的表面活性剂为FL-70，浓度为01％v/v。

所述的方法中，步骤2)中流动相的流速为0.7mL/min。

与现有的纳米银和银离子的分离分析方法相比，本方法具有以下优点：

1)操作简单，分析时间短，整个分离过程仅需5min，含HPLC自动进样时间(～52s)。

2)分析结果重现性好，灵敏度高，可实现0.019μg/L银离子和纳米银的测定。

3)稳定性好，复杂基体不干扰纳米银和银离子分离测定。

4)适用粒径范围宽，可实现1-100nm纳米银和银离子基线分离。

5)可作定性分析，从谱图可以判断样品中银的主要形态。

附图说明

图1是本发明FL-70浓度对纳米银在氨基柱上保留影响。图中曲线1、2、3、4、5分别表示FL-70浓度为0.01％、0.02％、0.05％、0.1％、0.2％v/v时的曲线。

图2是本发明Na₂S₂O₃浓度对纳米银和银离子分离影响。图中曲线1、2、3、4分别表示Na₂S₂O₃浓度为0mM、1mM、2mM、5mM时的曲线。

图3是最佳分离条件下，不同粒径纳米银(1-100nm)及纳米金和银离子分离谱图。图中曲线1、2、3、4、5分别表示1nm纳米银、10nm纳米银、100nm纳米银、银离子、3-5nm纳米金的曲线。

具体实施方式

本发明通过选用孔径氨基键合的改性硅胶为固定相的色谱柱，以一定浓度的表面活性剂和银离子络合剂为流动相，实现了ng/L水平的纳米银和银离子的分离测定，并成功应用于抗菌产品和实际环境水样的测定。

在本发明中提出了纳米银和银离子的形态分析方法，包括总银测定、样品制备、纳米银和银离子分离测定方法，具体地包括以下步骤：

a、酸消解或微波消解样品，超纯水稀释至一定体积后直接ICP-MS测定样品总银；

b、在样品中加入Na₂S₂O₃，Na₂S₂O₃浓度为1-5mM，最佳浓度为2mM；

c、HPLC-ICP-MS分离测定银离子，并通过差减法计算得纳米银含量；

色谱柱采用色谱柱，可以是C18、羧基或氨基键合的改性硅胶为固定相的色谱柱；

流动相采用表面活性剂FL-70和银离子络合剂Na₂S₂O₃的混合液为流动相。

FL-70浓度的选择请参阅图1。以10nm纳米银为例，本发明考察了不同浓度表面活性剂FL-70为流动相时，氨基柱对纳米银保留影响。由图1可以看出，随着FL-70浓度增加，纳米银保留时间延长，同时，相应纳米银的信号也有所增强；本发明选择FL-70的浓度为0.01％-0.2％(v/v)，最佳浓度为0.1％(v/v)。

Na₂S₂O₃浓度的选择请参阅图2。随着Na₂S₂O₃浓度增加，银离子信号强度和纳米银与银离子的分离度明显增加，而相应纳米银的信号有所减弱，这是由于纳米银表面吸附的银离子可以被Na₂S₂O₃解吸附下来；本发明选择Na₂S₂O₃浓度为1-5mM，最佳浓度为2mM；

根据图1和图2的结构，本发明选择的流动相为0.01％-0.2％v/v表面活性剂和1-5mM银离子络合剂的混合液，最佳的为0.1v/v表面活性剂和2mM银离子络合剂的混合液。

为了尽可能缩短分析时间，流动相的流速控制在0.7mL/min；

本发明的测定方法不局限于纳米银和银离子，还适用于其它的纳米颗粒及其对应的金属离子。

以下结合附图并通过实例对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

实施例

(a)样品中总银测定

采用CEM Mars 5 Xpress型(美国)微波消解装置进行样品的消解以测定银含量。取适量纳米银抗菌产品(0.02-0.2g)于50mL消解罐中，加入3mL HNO₃和2mL H₂O₂，在120℃(800W)保持10min，以5℃/min的速率升至180℃(1600W)保持30min，消解完成后用超纯水稀释至50-100mL。将1000mg/L的Ag单元素溶液标准物质(GBW 08610，中国计量科学院)用5％HNO₃经逐级稀释配置标准曲线，采用Aglient 7700cs ICP-MS进行样品银含量测定。

(b)HPLC-ICP-MS测定样品中总银离子

①选用含2mM Na₂S₂O₃的0.1％FL-70(v/v)作为流动相；

②选用孔径的氨基键合的改性硅胶为固定相的色谱柱进行分离；

③设置流动相流速为0.7mL/min；

④配置系列含2mM Na₂S₂O₃的银离子标准溶液；

⑤纳米银样品稀释后，加入Na₂S₂O₃至2mM；

⑥各取20μL银离子标准液和纳米银样品注入HPLC-ICP-MS进行测定；

⑦记录峰面积，按外标法以峰面积对标准溶液中银离子含量计算回归方程，由所获的回归方程计算得样品中总银离子含量；

⑧根据上述步骤，依次对⑥中样品进行重现性测定和回收率测定。

(c)样品中纳米银的测定

采用差减法，用样品中总银的量扣除样品中总银离子含量可以间接得到样品中纳米银的含量。

实施例2：步骤(a)中总银的测定

在实施例2中，对于简单的水样，除了将实施例1(a)步中所述的消解方法替换为9.5ml水样中加入0.5mL HNO₃，室温下250rpm振荡2h以外，后用ICP-MS进行与实施例1中相同操作测定。总银离子的测定采用与实施例1相同的操作。纳米银测定采用实施例1中的方法，用总银的量扣除总银离子的含量得到纳米银的含量。

实施例3-6：步骤(b)中FL-70浓度选择

在实施例3-6中，除了将实施例1中(b)步中在流动相中不加Na₂S₂O₃，将FL-70浓度分别替换为0.01％，0.02％，0.05％或0.2％v/v，进行与实施例1相同操作。

通过在线联用的ICP-MS检测可以发现，随着FL-70浓度增加，纳米银的响应相对增强，其保留时间也有所延后(见图1)。同时，浓度增加至0.2％v/v可能会导致纳米银峰拖尾。所以，FL-70的浓度最优为0.1％v/v。

实施例7-8：步骤(b)中Na₂S₂O₃浓度选择

在实施例7-8中，除了将实施例1中Na₂S₂O₃浓度分别替换为1mM或5mM，进行与实施例1相同的操作。

通过在线联用的ICP-MS检测发现，在加入Na₂S₂O₃后，能检测到与纳米银共存的银离子信号。同时，随着Na₂S₂O₃浓度增加，纳米银和银离子的保留时间有所延后，纳米银信号有所减弱，银离子信号增强(见图2)。最终，Na₂S₂O₃的浓度最优为2mM。

实施例9-10：步骤(b)中色谱柱的选择

在实施例9-10中，除了将实施例1中孔径的氨基键合的改性硅胶为固定相的色谱柱替换为孔径的羧基键合的改性硅胶为色谱柱或孔径的C18键合的改性硅胶为色谱柱以外，进行与实施例相同的操作进行分离。

通过在线联用的ICP-MS检测发现，孔径的色谱柱均能有效分离1-100nm纳米银和银离子。

由图3可以看出，粒径越小保留时间越长，说明本方法分离的原理是尺寸排阻作用。几种粒径纳米银保留时间非常接近，均在3.5min左右，而银离子保留时间始终在4.5min。因此，可以总结孔径的氨基柱能实现1-100nm范围内纳米银和银离子的基线分离。3-5nm纳米银保留时间在1nm纳米银团簇和10nm纳米银之间，进一步说明本方法分离过程只与分析物颗粒大小有关。

Claims

1.一种快速分离测定纳米银和银离子的方法，其步骤为：

1)消解样品后用电感耦合等离子体质谱测定总银；

2)样品中加入1-5mM的Na₂S₂O₃作为银离子络合剂，液相色谱-电感耦合等离子体质谱分离测定银离子含量；

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1)是采用酸消解或微波消解样品。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤2)加入2mM的Na₂S₂O₃作为银离子络合剂。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤2)是采用C18、羧基或氨基键合的改性硅胶为固定相的色谱柱。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤2)的表面活性剂为FL-70，浓度为01％v/v。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤2)中流动相的流速为0.7mL/min。