CN111105979B

CN111105979B - 使用单颗粒电感耦合等离子体质谱(sp-icp-ms)自动检测纳米颗粒

Info

Publication number: CN111105979B
Application number: CN201911023526.0A
Authority: CN
Inventors: 板垣隆之; S·威尔伯; 山中理子
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2024-06-21
Anticipated expiration: 2039-10-25
Also published as: US11075066B2; US20200135443A1; CN111105979A; JP7402654B2; JP2020068202A

Abstract

通过单颗粒电感耦合等离子体质谱(spICP‑MS)分析样品中诸如纳米颗粒的颗粒。在ICP‑MS***中处理所述样品以获取对应于离子信号强度与时间的关系的时间扫描数据。从所述时间扫描数据确定信号分布，所述信号分布对应于离子信号强度和测量所述离子信号强度时的频率。将颗粒检测阈确定为所述信号分布的离子信号部分与颗粒信号部分的交点。所述颗粒信号部分对应于所述样品中颗粒的测量，并且所述离子信号部分对应于所述样品中除颗粒之外的组分的测量。所述颗粒检测阈将所述颗粒信号部分与所述离子信号部分分离并且可用于确定关于所述颗粒的数据。

Description

使用单颗粒电感耦合等离子体质谱(SP-ICP-MS)自动检测纳米颗粒

相关申请

本申请要求2018年10月26日提交的标题为“使用单颗粒电感耦合等离子体质谱(SP-ICP-MS)自动检测纳米颗粒”的美国临时专利申请序列号62/751,259的根据35 U.S.C.§119(e)的权益，将其内容通过引用以其全文并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)，并且特别涉及通过单颗粒ICP-MS(spICP-MS)检测颗粒(例如，纳米颗粒)。

背景技术

电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)常用于对样品进行元素分析，例如以测量样品中微量金属的浓度。ICP-MS***包括基于等离子体的离子源，所述离子源用于生成等离子体以将样品分子分解成原子并且然后电离所述原子以便为元素分析做准备。在典型操作中，通过(典型地是气动辅助型的)雾化器将液体样品雾化，即转化为气溶胶(细喷雾或薄雾)，并且将气雾化样品引导至由等离子体源生成的等离子体羽中。等离子体源经常被配置为具有两个或更多个同心管的流过式等离子体炬管。典型地，等离子体形成气体(诸如氩气)流过炬管的外部管并且由适当的能量源(典型地是射频(RF)供电的负载线圈)激励成等离子体。气雾化样品流过炬管的同轴中心管(或毛细管)并且被发射到原生样的等离子体中。暴露于等离子体会将样品分子分解成原子，或者可替代地将样品分子部分地分解成分子碎片并且电离所述原子或分子碎片。

从等离子体源提取所得分析物离子并且将其作为离子束引导至质量分析器，所得分析物离子典型地带正电荷。质量分析器施加时变电场、或电场和磁场的组合，以在不同质量的离子的质荷比(m/z)的基础上对其进行谱解析，然后使离子检测器能够对从质量分析器到达离子检测器的给定m/z比的每种类型的离子进行计数。可替代地，质量分析器可以是飞行时间(TOF)分析器，所述飞行时间分析器测量离子漂移通过飞行管的飞行时间，然后可以由所述飞行时间导出m/z值。ICP-MS***然后将如此获得的数据呈现为质量(m/z)峰的谱。每个峰的强度指示样品的相应元素的浓度(丰度)。

预计纳米技术的进步会对广泛的工业领域具有重大影响，所述工业领域诸如制成品、药品、消费产品(例如，化妆品、防晒霜、食品、半导体等)、环境工程等。因此，纳米颗粒(NP)的测量是关注的焦点，因为尚不甚了解NP在环境中的归宿以及一旦被吸收到身体中后毒性作用的潜力。

可以通过实现被称为单颗粒ICP-MS(spICP-MS或SP-ICP-MS)的技术，使用ICP-MS检测并且测量样品溶液中存在的单独的纳米颗粒(NP)。这种方法允许通过快速数据获取并且在需要很少样品制备的情况下同时确定颗粒数量浓度、颗粒的元素组成、以及颗粒的尺寸和尺寸分布。在spICP-MS中，感兴趣的分析物是已知或怀疑悬浮于样品溶液中的固体NP。悬浮的NP必须与样品溶液中存在的其他物质(包括溶解NP)区分开。在spICP-MS中，除NP以外的其他物质均被认为是背景物质。当样品在ICP-MS离子源中被电离时，由样品中的NP产生离子迸发(或脉冲)。由离子检测器测量的这些离子迸发的峰的强度高于由电离的背景物质的测量产生的背景信号的强度。由于对应于NP检测(测量)的“颗粒信号”是spICP-MS中感兴趣的信号，因此背景信号-通常称为在spICP-MS中的“离子信号”-被认为是噪声。因此，为了准确测量样品的NP，需要将颗粒信号与背景或离子信号区分。

通过将ICP-MS***的信号处理或数据分析部分配置为对从离子检测器的输出获得的原始时间扫描(离子信号强度与时间的关系)数据执行适当的算法，可以将颗粒信号与离子信号区分。Mitrano等人,“Detecting Nanoparticulate Silver Using Single-particle Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry,EnvironmentalToxicology and Chemistry,第31卷,第1期,第115-121页(2012)中描述了一种已知方法。在这种方法中，采用迭代算法计算阈限，所述阈限被认为将原始数据中的颗粒信号与离子信号区分。在此，阈限由重复3*σ(“3倍σ”)定义，其中σ是原始数据的信号强度的标准偏差。超过I^-+3*σ的数据点(其中I^-是原始数据的平均信号强度)被认为是纳米颗粒信号并且从数据集中去除。从其余数据集中再次计算I^-+3*σ值，并且去除超过I^-+3*σ的另外数据点。重复迭代直到无其他数据点可被去除。以这种方式，可以将较高强度的峰与下面的背景噪声分离，并且所述较高强度的峰被鉴定为对应于分析样品中所含的NP的离子脉冲。作为实现这种算法的例子，附随Mitrano等人的参考文献的补充信息包括时间扫描数据的曲线图(所测量的离子信号强度与时间的关系)，代表通过对含固态银(Ag)NP的样品进行spICP-MS获取的数据的结果。通过重复3*σ方法计算的阈限显示为与水平时间轴平行的线。离子信号中高于阈限的尖峰被鉴定为纳米颗粒信号，而低于阈限的离子信号其余部分被鉴定为背景离子信号。

可以通过使用变量n*σ而不是唯一地使用3*σ来概括刚才描述的常规算法，并且分析人员可以针对不同元素和不同样品改变n值。然而，n*σ的选择是分析的关键参数。换言之，改变n值可能对最终结果具有显著影响。

常规算法可能对于某些样品足够起作用，但是对于颗粒检测它经常产生不同的阈限值，即使是在参考材料样品中或即使是在不同小瓶中提供的相同样品中。阈限的错误计算值可能导致对通过ICP-MS从样品获取的数据进行不准确计算和分析。例如，某些颗粒数据(诸如颗粒浓度和尺寸)的计算取决于雾化效率，雾化效率是ICP-MS***的样品引入***的效率的组成部分。雾化效率说明以下事实：ICP-MS***实际上检测样品中NP的仅一部分(例如，小于10％)，并且所述部分可以通过在ICP-MS***中分析含颗粒尺寸已知的NP的参考材料来确定。如果参考材料的阈值是错误计算的，则未知样品的结果也将失败，因为无法正确确定雾化效率。

因此，仍然存在对将颗粒与背景噪声有效区分的spICP-MS技术的需要。此外，能够以改进的精度检测并且测量颗粒的spICP-MS技术可以是希望的。

发明内容

为了全部或部分地解决前述问题和/或本领域技术人员可能已观察到的其他问题，本公开文本提供了方法、过程、***、装置、仪器、和/或设备，如在以下阐述的实施方式中以举例方式描述的。

根据一个实施方案，一种用于通过单颗粒电感耦合等离子体质谱(spICP-MS)分析样品中纳米颗粒的方法，包括：在ICP-MS***中处理所述样品以获取原始样品数据，所述原始样品数据对应于通过所述ICP-MS***的离子检测器测量的随时间变化的离子信号强度；确定所述原始样品数据的信号分布，所述信号分布对应于多个数据点，每个数据点对应于离子信号强度和所述离子检测器测量所述离子信号强度时的频率；并且将颗粒检测阈确定为所述信号分布的离子信号部分与所述信号分布的颗粒信号部分的交点，其中所述颗粒信号部分对应于所述样品中纳米颗粒的测量值(measurements)，所述离子信号部分对应于所述样品中除纳米颗粒之外的组分的测量值，并且所述颗粒检测阈将所述颗粒信号部分与所述离子信号部分分开。

根据另一个实施方案，一种电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)***，包括：炬箱，所述炬箱被配置用于生成等离子体并且在所述等离子体中从所述样品产生离子；质量分析器，所述质量分析器被配置用于根据质荷比分离所述离子；离子检测器，所述离子检测器被配置用于对从所述质量分析器接收的离子进行计数；和控制器，所述控制器包括电子处理器和存储器并且被配置用于控制本文公开的任何方法的步骤。

在检查以下附图和详细描述后，本发明的其他设备、装置、***、方法、特征和优点对于本领域技术人员而言将是或将变得不言自明的。旨在所有此类另外的***、方法、特征和优点都包括在本说明书中、在本发明的范围内、并且受所附权利要求保护。

附图说明

通过参考以下附图可以更好地理解本发明。附图中的部件不一定是按比例的，而是将重点放在说明本发明的原理上。在附图中，相似的附图标记在所有不同视图中指代相应的零件。

图1是根据本公开文本的实施方案的电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)***的例子的示意图。

图2是在单颗粒模式ICP-MS(spICP-MS)下操作以检测样品中纳米颗粒(NP)时ICP-MS***可产生的原始样品数据(时间标度数据)的曲线图的例子。

图3A是从原始样品数据计算的尺寸分布曲线图的例子，所述原始样品数据是从仅含50ppt 60nm金(Au)纳米颗粒(NIST8013)的参考溶液获取的，其中所述计算是基于用于区分颗粒数据与离子数据的错误阈进行的。

图3B是从与图3A相同的原始样品数据计算的尺寸分布曲线图，其中所述计算是基于根据本公开文本的方法确定的正确阈进行的。

图4是通过分析含纳米颗粒的样品得到的信号分布的例子的曲线图。

图5A是在积分原始信号之前，通过分析不含纳米颗粒的离子溶液得到的信号分布的例子的曲线图。

图5B是在积分原始信号之后，与如图5A所示的相同分析有关的信号分布的例子的曲线图。

图6A是针对硅(Si)离子空白溶液获得的信号分布的例子的曲线图。

图6B是针对1.0ppb的Si离子标准溶液获得的信号分布的例子的曲线图。

图7是流程图，所述流程图展示了根据本公开文本的实施方案的用于确定颗粒检测阈的方法的例子。

图8是流程图，所述流程图展示了根据本公开文本的实施方案的用于通过单颗粒电感耦合等离子体质谱(spICP-MS)分析样品中纳米颗粒的方法的例子。

图9是表(表1)，所述表比较了使用当前公开的方法(“新算法”)与常规算法(“常规算法”)通过spICP-MS在五个样品运行中分析含NICP8012(Au 30nm)5ppt颗粒的参考溶液而获得的结果。

图10是表(表2)，所述表比较了使用当前公开的方法(“新算法”)与常规算法(“常规算法”)通过spICP-MS在五个样品运行中分析含NICP8013(Au 60nm)50ppt颗粒的参考溶液而获得的结果。

图11是表(表3)，所述表比较了使用当前公开的方法(“新算法”)与常规算法(“常规算法”)通过spICP-MS分析若干个参考溶液(每个溶液含有100nm Ag NP但离子浓度不同)而获得的结果。

图12A是从原始样品数据计算的尺寸分布曲线图，所述原始样品数据是通过对含NIST8011(Au 10nm)0.25ppt颗粒的样品溶液进行spICP-MS分析获取的，其中使用常规算法将颗粒信号与离子信号分离。

图12B是从与图12A相同的原始样品数据计算的尺寸分布曲线图，但是其中使用本文公开的方法计算用于将颗粒信号与离子信号分离的颗粒检测阈。

图13A是从原始样品数据计算的尺寸分布曲线图，所述原始样品数据是通过对含NIST 8011、8012和8013Au NP(10nm：0.08ppt，30nm：1.7ppt和60nm：17ppt)的混合物的样品溶液进行spICP-MS分析获取的，其中使用本文公开的方法计算用于将颗粒信号与离子信号分离的颗粒检测阈。

图13B是从原始样品数据计算的尺寸分布曲线图，所述原始样品数据是通过对含NIST 8011、8012和8013Au NP(10nm：0.1ppt，30nm：2ppt，60nm：30ppt)的另一种混合物的样品溶液进行spICP-MS分析获取的，其中使用本文公开的方法计算用于将颗粒信号与离子信号分离的颗粒检测阈。

图14(表4)是表，所述表比较了使用当前公开的方法(“新算法”)与常规算法(“常规算法”)通过分析含不同浓度(1ppt、2ppt、5ppt、10ppt、20ppt、50ppt和100ppt)的20nm AgNP的参考溶液而获得的结果。

图15A是基于图14(表4)所示数据的浓度(作为以ppt计颗粒浓度的函数计算的颗粒数量)的曲线图，其中使用常规算法将颗粒信号与离子信号分离。

图15B是基于与图15A相同的数据的浓度的曲线图，但是其中使用本文公开的方法计算用于将颗粒信号与离子信号分离的颗粒检测阈。

图16(表5)是表，所述表比较了使用当前公开的方法(“新算法”)与常规算法(“常规算法”)通过分析超纯水(UPW)、空白溶液和若干种具有不同浓度的金离子样品而得到的计算颗粒数量。

图17是可以是诸如图1中所展示的ICP-MS***的谱分析***的一部分或与所述谱分析***通信的***控制器(或控制器、或计算设备)的例子的示意图。

具体实施方式

图1是根据实施方案的电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)***100的例子的示意图。通常，ICP-MS***的各种部件的结构和操作是本领域技术人员已知的，并且因此为了理解所公开的主题，根据需要仅在本文中进行简要描述。ICP-MS***100只是一个适合于实现本文所述的任何方法的ICP-MS***的例子。未在本文中具体描述的其他ICP-MS***也可以是合适的。

在本说明性实施方案中，ICP-MS***100总体上包括样品引入部分104、离子源108、接口部分112、离子光学部分114、离子导向部分116、质量分析部分118、和***控制器120。ICP-MS***100还包括被配置用于将***100的各个内部区域排空的真空***。所述真空***在内部区域中维持所希望的内部压力或真空水平，并且在这样做时从ICP-MS***100中移除在分析上不感兴趣的中性分子。所述真空***包括与待抽空区域的端口连通的适当的泵和通路，如图1中箭头128、132和136所描绘的。

样品引入部分104可以包括：用于提供待分析样品的样品源140、泵144、用于将样品转化为气溶胶的雾化器148、用于从气雾化样品中除去较大液滴的喷雾室150、以及用于向离子源108供应样品的样品供应导管152，所述离子源可以包括合适的样品注射器。雾化器148可以例如利用来自气体源156(例如，加压贮存器)的氩气或其他惰性气体(雾化气体)流来使样品气雾化，如由向下箭头所描绘的。所述雾化气体可以是与用于在离子源108中产生等离子体的等离子体形成气体相同的气体或者可以是不同的气体。泵144(例如，蠕动泵、注射泵等)连接在样品源140与雾化器148之间以建立液体样品到雾化器148的流。样品流速可以在例如0.1毫升/分钟与几毫升/分钟(mL/min)之间的范围内。样品源140可以例如包括一个或多个小瓶。多个小瓶可以含有一个或多个样品、各种标准溶液、调谐液、校准液、冲洗液等。样品源140可以包括自动化设备，所述自动化设备被配置用于在不同小瓶之间切换，从而能够选择即时用于ICP-MS***100的特定小瓶。

样品典型地是液体样品并且在本文中也可以称为样品溶液。通常，“液体样品”包含溶解在或以其他方式携带在液体基质中的一种或多种不同类型的感兴趣分析物。所述液体基质包含基质组分。“基质组分”的例子包括但不限于：水和/或其他溶剂、酸、诸如盐和/或溶解固体的可溶性材料、不溶解固定或微粒、以及在分析上不感兴趣的任何其他化合物。在单颗粒ICP-MS(spICP-MS)(即，以单颗粒模式操作的ICP-MS)的上下文中，感兴趣的分析物是存在于引入ICP-MS***100中的液体样品中的固体(不溶解的)颗粒(纳米颗粒)。包含溶解金属组分(其元素组成可能与固体分析物颗粒相同)的样品其余部分与引入ICP-MS***100的样品中的基质组分一起被认为是背景组分。

在实施方案中，样本源140可以是分析分离仪器(例如像液相色谱(LC)仪器或气相色谱(GC)仪器)的输出。其他类型的用于将样品引入ICP-MS***中的设备和器件是已知的并且不需要在本文中进行描述。

离子源108包括用于原子化和电离样品的等离子体源。在说明的实施方案中，等离子体源是流过式等离子体炬管，诸如ICP炬管160。ICP炬管160包括中央或样品注射器164以及同中心地围绕样品注射器164安排的一个或多个外部管。在说明的实施方案中，ICP炬管160包括中间管168和最外部管172。样品注射器164、中间管168和最外部管172可以例如由石英、硼硅酸盐玻璃、或陶瓷构造成。可替代性地，样品注射器164可以由例如像铂的金属构造成。ICP炬管160可以被定位在射频(RF)屏蔽盒或“炬箱”176中。工作线圈180(也称为负载线圈或RF线圈)与RF电源185偶联并且位于ICP炬管160的放电端。

在操作中，气体源156向最外部管172供应等离子体形成气体。等离子体形成气体典型地但不一定是氩气。由RF电源185向工作线圈180施加RF功率，同时等离子体形成气体流过在中间管168与最外部管172之间形成的环形通道，从而生成等离子体形成气体暴露于其中的高频率高能量电磁场。工作线圈180在有效用于由等离子体形成气体生成并且维持等离子体的频率和功率下操作。可以利用火花来提供用于最初撞击等离子体的种子电子。因此，等离子体羽184从ICP炬管160的放电端流入采样锥188中。可以使辅助气体流过在样品注射器164与中间管168之间形成的环形通道以保持放电184的上游端远离样品注射器164和中间管168的端部。辅助气体可以是与等离子体形成气体相同的气体或者不同的气体。在图1中通过从气体源156向上指引的箭头描绘了一种或多种气体向中间管168和最外部管172中的引入。样品流过样品注射器164并且从样品注射器164被发射并且注射到活性等离子体184中，如由箭头186所描绘的。根据本领域技术人员认识到的原理，当样品流过ICP炬管160的加热区并且最终与等离子体184相互作用时，样品经历干燥、蒸发、原子化和电离化，从而从样品的组分(具体是原子)产生分析物离子。

接口部分112在ICP-MS***100的离子源108与被抽空区域之间提供第一阶段的压力降低，所述离子源典型地在大气压力或大约大气压力(760托)下操作。例如，可以通过机械低真空泵(例如，旋转泵、涡旋泵等)将接口部分112维持在例如大约1-2托的操作真空下，而可以通过高真空泵(例如，涡轮分子泵等)将质量分析器120维持在例如大约10^-6托的操作真空下。接口部分112包括从ICP炬管160的放电端跨越炬箱176定位的采样锥188，以及位于距采样锥188一小段轴向距离处的截取锥192。采样锥188和截取锥192在它们的锥体结构的中心处具有小孔口，所述小孔口彼此对准并且与ICP炬管160的中心轴线对准。采样锥188和截取锥192有助于将等离子体184从炬管提取到真空室中，并且还用作气体传导壁垒以限制从离子源108进入接口部分112的气体的量。采样锥188和截取锥192可以是金属(或至少地，限定其孔径的尖端可以是金属)并且可以是电接地的。进入接口部分112的中性气体分子和微粒可以经由真空端口128从ICP-MS***100排出。

离子光学部分114可以被设置在截取锥192与离子导向部分116之间。离子光学部分114包括透镜组件196，所述透镜组件可以包括一系列(典型为静电式)离子透镜，所述离子透镜有助于从接口部分112提取离子、将离子聚集成离子束106、并且加速离子进入离子导向部分116。可以通过合适的泵(例如，涡轮分子泵)将离子光学部分114维持在例如大约10^-3托的操作压力下。尽管图1中未具体地示出，但是透镜组件196可以被配置成使得通过透镜组件196的离子光轴与通过离子导向部分116的离子光轴(在与纵向轴线正交的径向方向上)偏离，其中通过所述偏离引导离子束106。这种配置促进从离子路径移除中性物质和光子。

离子导向部分116可以包括碰撞/反应池(或池组件)110。碰撞/反应池110包括位于池壳体118中轴向地处在池入口与池出口之间的离子导向器146。在本实施方案中，池入口和池出口由离子光学部件提供。即，池入口透镜122位于池入口处并且池出口透镜124位于池出口处。离子导向器146具有线性多极(例如，四极、六极或八极)配置，所述线性多极配置包括沿着离子导向器146的共同中心纵向轴线彼此平行安排的多个(例如，四个、六个、或八个)杆电极103。杆电极103各自被定位在距纵向轴线一定径向距离处并且围绕纵向轴线彼此圆周地间隔开。为了简单起见，图1中仅展示了两个这样的杆电极103。RF电源(以下进一步描述)以在杆电极103之间生成二维RF电场的已知方式将RF电势施加至离子导向器146的杆电极103。RF场用于通过限制离子在相对于纵向轴线的径向方向上的偏移而将离子束106沿着纵向轴线聚集。在典型的实施方案中，离子导向器146是仅具有RF的设备而不具有质量过滤能力。在另一个实施方案中，离子导向器146可以通过将DC电势叠加在RF电势上而起质量过滤器的功能，如本领域技术人员所认识到的。在本公开文本中，“碰撞/反应池”是指碰撞池、反应池或被配置用于诸如通过可在碰撞模式与反应模式之间进行切换而作为碰撞池和反应池两者操作的碰撞/反应池。

当包括碰撞/反应池110时，碰撞/反应气体源138(例如，加压贮存器)被配置用于使一种或多种(例如，混合)碰撞/反应气体经由通进池壳体187内部的碰撞/反应气体进给导管和端口142流入碰撞/反应池110内部。气体流速典型地在毫升/分钟(mL/min)的量级上。气体流速决定碰撞/反应池110内部的压力。池操作压力可以例如在从0.001托至0.1托的范围内。“碰撞/反应气体”是指用于在碰撞/反应池中与离子碰撞而不与此类离子反应的惰性碰撞气体或用于在碰撞/反应池中与分析物离子或干扰离子反应的反应性气体。碰撞/反应气体的例子包括但不限于：氦气、氖气、氩气、氢气、氧气、水、氨、甲烷、氟代甲烷(CH₃F)、和一氧化二氮(N₂O)、以及前述项的组合(混合物)或其中两种或更多种。使用诸如氦气、氖气、氩气的惰性(非反应性)气体作为碰撞气体。碰撞/反应池110的操作是本领域技术人员通常所理解的并且因此不需要在本文中详细描述。简言之，在碰撞/反应池110中，具有选定组成的碰撞/反应气体以有效抑制干扰的方式与某些(分析物或非分析物)离子碰撞或反应并且从而改进由ICP-MS***100产生的离子信号。典型地通过防止由离子检测器161计数的干扰离子或减少其数量来抑制干扰。

在本公开文本中，术语“干扰离子”通常是指存在于碰撞/反应池中干扰分析物离子的任何离子。干扰离子的例子包括但不限于：正等离子体(例如，氩气)离子、含等离子体形成气体(例如，氩气)的多原子离子、以及含样品组分的多原子离子。所述样品组分可以是分析物元素或非分析物物质，诸如可能来源于样品的基质组分或其他背景物质。

质量分析部分118(本文也称为质谱仪)包括质量分析器158和离子检测器161。质量分析器158可以是任何适合于ICP-MS的类型的质量分析器。典型地用于ICP-MS的质量分析器的例子包括四极质量过滤器和飞行时间(TOF)分析器。可能使用的其他类型的质量分析器包括但不限于磁扇和/或电扇仪器、线性离子阱、三维保罗阱(three-dimensionalPaul trap)、静电阱(例如，Kingdon阱、Knight阱和阱)和离子回旋共振(ICR)阱(FT-ICR或FTMS，也称为Penning阱)。离子检测器161可以是被配置用于收集并且测量从质量分析器158输出的质量辨别的离子的通量(或电流)的任何设备。离子检测器的例子包括但不限于：电子倍增器、光电倍增管、微通道板(MCP)检测器、图像电流检测器和法拉第杯。为了便于在图1中展示，离子检测器161(至少是接收离子的前部)被示出为与质量分析器158的离子出口呈九十度角取向。然而，在其他实施方案中，离子检测器161可以与质量分析器158的离子出口同轴。

在操作中，质量分析器158接收离子束166(诸如来自碰撞/反应池110，如果提供的话)并且在其不同质荷(m/z)比的基础上将离子分离或分类。分离的离子穿过质量分析器158并且到达离子检测器161。离子检测器161检测并且计数每种离子并且将电子检测器信号(离子测量信号)输出至***控制器120的数据获取部件。通过质量分析器158进行的质量辨别使得离子检测器161能够检测并且计数区别于具有其他m/z值的离子(来源于样品的不同分析物元素)的具有特定m/z值的离子，并且从而针对每种被分析的离子质量(并且因此每种分析物元素)产生离子测量信号。可以按顺序检测并且计数具有不同m/z值的离子。***控制器120处理从离子检测器161接收的信号并且生成质谱，所述质谱示出所检测的每种离子的相对信号强度(丰度)。因此，在给定m/z值(并且因此给定分析物元素)下如此测量的信号强度与由ICP-MS***100处理的样品中所述元素的浓度成正比例。以这种方式，可以确认在被分析样品中所含的化学元素的存在并且可以确定所述化学元素的浓度。如本文所述，还可以生成关于检测到的样品组分的其他类型的数据，所述样品组分包括当以单颗粒(spICP-MS)模式操作时的颗粒。

尽管在图1中未具体示出，但是通过离子导向器146和池出口透镜124的离子光轴可以与通过入口进入质量分析器158的离子光轴偏离，并且可以提供离子光学器件以通过所述偏离引导离子束166。通过这种配置，可以从离子路径去除另外的中性物质。

***控制器(或控制器、或计算设备)120可以包括一个或多个模块以及设置在ICP-MS***100中的需要控制的其他样品处理部件，所述一个或多个模块被配置用于控制、监测和/或定时ICP-MS***100的各个功能方面，例如像控制对样品引入部分104、离子源108、离子光学部分114、离子导向部分116和质量分析部分118的操作，以及控制真空***和各种气体流速、温度和压力条件。***控制器120代表用于操作碰撞/反应池110的电路***(例如，RF和DC电压源)。***控制器120还可以被配置用于从离子检测器161接收检测信号并且根据需要执行与数据获取和信号分析相关的其他任务以生成表征被分析样品的数据(例如，质谱)。***控制器120可以包括非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质包括用于执行本文公开的任何方法的非暂态指令。***控制器120可以包括如操作ICP-MS***100的各个部件所需要的一种或多种类型的硬件、固件和/或软件、以及一个或多个存储器和数据库。***控制器120典型地包括提供整体控制的主电子处理器，并且可以包括被配置用于专用控制操作或特定信号处理任务的一个或多个电子处理器。***控制器120还可以包括一种或多种类型的用户接口设备，诸如用户输入设备(例如，小键盘、触摸屏、鼠标等)、用户输出设备(例如，显示屏、打印机、视觉指示器或警报器、听觉指示器或警报器等)、由软件控制的图形用户接口(GUI)、以及用于加载电子处理器可读的介质(例如，以软件方式体现的非暂态逻辑指令、数据等)的设备。***控制器120可以包括用于控制和管理***控制器120的各种功能的操作***(例如，Microsoft软件)。

应理解，图1是本文公开的ICP-MS***100的高层级示意性描绘。如本领域技术人员所认识到的，根据实际实施方式的需要可以包括其他部件，诸如另外的结构、设备和电子器件，取决于针对给定应用ICP-MS***100是如何配置的。

图2是ICP-MS***100当以单颗粒(spICP-MS)模式操作以检测样品中诸如纳米颗粒(NP)的颗粒时可产生的原始样品数据(时间标度数据)的曲线图的例子。原始样品数据是如通过ICP-MS***100测量的离子信号数据点的集合，绘制为作为测量时间(以秒或s计)t的函数的离子信号强度(以计数/秒或CPS计)I。信号强度的大小与在指示的时间段内在样品中检测到的金属离子的浓度成正比。根据各种已知技术，原始样品数据可用于计算与由离子检测器161检测到的离子(包括电离的纳米颗粒)有关的各种类型的数据(特性或属性)。计算的样品数据的例子包括但不限于质谱、颗粒质量、质量浓度、颗粒体积、颗粒数量浓度、元素组成、颗粒尺寸(例如，直径)、颗粒尺寸分布等。

在低于某个信号强度阈水平下，离子信号的强度随时间相对稳定或恒定并且含有相对小强度的峰，诸如图2中的204。离子信号的这部分对应于样品中的溶解金属的测量。离子信号还可以含有高于信号强度阈水平的相对高强度的峰或脉冲，诸如图2中的206。假设信号强度阈水平是正确的，超过阈水平的高强度峰对应于(纳米)颗粒电离/检测事件，即样品中的未溶解(或悬浮)的单独(金属或含金属的)纳米颗粒的测量。因此可以认为所述信号强度阈水平是纳米颗粒基线。

从图2中明显的是，将被分析样品的纳米颗粒与溶解金属准确地区分需要准确地确定作为纳米颗粒基线的正确信号强度阈水平。为了比较，图2示出了两个计算的基线，分别标记为“旧”和“新”。如所示，不合适的(或较不准确的，旧)基线不能将颗粒峰(例如，206)与背景信号(例如，204)充分分离。因此，不合适的基线导致错误地将背景信号中的若干个小峰鉴定为颗粒峰。噪声信号被过度计数，并且颗粒峰被噪声信号覆盖，如图2的下插图所示。相比之下，如通过执行本文所述方法确定的新基线更准确并且因此可以允许从背景噪声中更准确地辨别出真实颗粒峰(对应于实际纳米颗粒的那些)。消除了噪声信号，并且可以分离出颗粒峰，如图2的上插图所示。如本文公开的信号分布的精确计算导致颗粒检测阈的精确计算。

无法在原始样品数据中准确且正确地辨别样品中的颗粒部分与溶解“离子”部分可能导致纳米颗粒数据(特性或属性)的计算不准确。例如，图3A是使用用于辨别颗粒数据与离子数据的不正确颗粒检测阈计算的尺寸分布曲线图的例子。尺寸分布是由从仅含50十亿分率(ppt)60nm金(Au)纳米颗粒(NIST8013)的参考溶液获取的原始样品数据计算的，其中NIST是指National Institute of Standards and Technology。图3A错误地指示非常高的计算为具有10nm尺寸的颗粒的频率以及非常低的计算为具有60nm尺寸的颗粒的频率。通过比较，图3B是使用根据本文所述方法确定的正确颗粒阈计算的尺寸分布曲线图。图3B正确地指示，检测到的最高频率颗粒是具有60nm尺寸的颗粒，其对应于被分析的参考样品中所含的金纳米颗粒。

为了解决准确且正确地辨别颗粒信号与背景离子信号的问题，现在将参考图4-8来描述根据本公开文本的实施方案的用于通过单颗粒电感耦合等离子体质谱(spICP-MS)分析样品中纳米颗粒的方法。

图4是通过分析含纳米颗粒的样品得到的信号分布(信号分布数据)的例子的曲线图。样品分析可以通过操作***(诸如上述和在图1中展示的ICP-MS***100)来进行，所述***根据单颗粒操作模式的需要进行配置。可以从针对样品而获取的原始时间标度(信号强度与时间的关系)数据计算信号分布，如图2所示。

信号分布包括两个主要部分：离子信号部分404和颗粒信号部分406。离子信号部分404含有样品的溶解“离子”部分的信号分布。离子信号部分404的特征在于由离子检测器测量的小信号强度的高频率，术语“高”和“小”是相对于颗粒信号部分406而言的。然而，离子信号部分404的频率在相对窄的信号强度范围内迅速降低。颗粒信号部分406含有样品的“颗粒”组分(例如，纳米颗粒)的信号分布。相对于离子信号部分404，颗粒信号部分406的特征在于在宽的信号强度范围内分布的高信号强度的低频率。

根据本公开文本，这两部分的特征的交点，即信号分布的离子信号部分404与颗粒信号部分406的交点，被认为是“颗粒检测阈”的候选项。在此上下文中，针对颗粒检测阈确定的值可以用来代表用于区分颗粒信号与溶解背景信号(“离子”信号)的检测限。由于典型地难以可靠地确定各种样品中颗粒信号的特征，因此根据实施方案的本发明方法评价在信号分布上的溶解背景信号(离子信号部分404)的特征以确定颗粒检测阈值。

首先考虑不含纳米颗粒的假定离子溶液，来自离子标准品的原始信号总体上遵循泊松分布，如图5A中的信号分布所示。为了计算离子信号分布，对原始信号进行积分并且对每个周期内的信号进行计数。积分后的信号分布遵循指数分布，如图5B所展示的。

在持续时间t(>0)内以1/T/单位时间的速率出现k次的离子信号的分布可以表示为泊松概率密度函数：

其中无量纲量A取决于信号分布的型式(频率与强度的关系的数据点)。

设定B＝1/T并且k＝0，积分的离子信号的分布计算为泊松过程，如下：

f(0，t)＝A·e^-Bt

上面的方程侧重于通过泊松过程的信号发生(检测事件)频率以近似估计离子信号分布。这与在泊松过程之前侧重于出现次数的方法相反。

图6A是针对硅(Si)离子空白溶液获得的信号分布的例子的曲线图，并且图6B是针对1.0十亿分率(ppb)的Si离子标准溶液获得的信号分布的例子的曲线图。对信号进行积分并且使用用于指数曲线的最小二乘法计算曲线，其表示为：

y＝a·e^bx

其中x对应于横坐标上的信号强度值，y对应于纵坐标上的频率值，并且a和b计算为：

相关性与计算的指数曲线良好吻合，从而表明可以通过近似估计指数曲线来评价信号分布上的离子组分。

在考虑前述的情况下，图7是流程图700，所述流程图展示了根据本文公开的实施方案的用于确定颗粒检测阈的方法的例子。在此实施方案中，所述方法通过评价信号分布的离子信号部分的特征来确定颗粒检测阈在通过分析给定样品获得的信号分布上的位置。具体地，信号分布是从原始时间扫描数据(例如，如图2所示)计算的，所述原始时间扫描数据是通过对样品执行spICP-MS分析获取的。

首先，如图7所展示的，使用以下形式的指数方程针对信号分布上的不同数据点(x,f(x))集计算近似曲线(步骤702)：

/>

其中x是信号分布的横坐标(信号强度)上的值，f(x)是信号分布的纵坐标(频率)上的值，并且n是在步骤702的一次迭代过程中执行的计算的总数。例如，假定来自信号分布的数据点是(x1,f(x1)、(x2,f(x2))、(x3,f(x3))、和(x4,f(x4))，则使用以下数据点集来计算近似曲线：

曲线1：(x1,f(x1))、(x2,f(x2))

曲线2：(x1,f(x1))、(x2,f(x2))、(x3,f(x3))

曲线3：(x1,f(x1))、(x2,f(x2))、(x3,f(x3))、(x4,f(x4))

....

曲线N：(x1,f(x1))、(x2,f(x2))...(x(N+1)、f(x(N+1)))。

因此，例如，如图7所展示，计算的前三个和最后一个近似曲线分别为：

其次，针对在计算近似曲线内的所有数据点计算决定系数R²(i)(步骤704)。对于每个近似曲线，评价决定系数以找到最大相关性g(i)，即找到R²(i)＝g(i)。g(i)值是在第n个重复计算中使用所有点计算的决定系数R²(i)中找到的最合适决定系数。例如，再次假定数据集在第n个重复计算中具有五个点A、B、C、D和E。在这种情况下，如下计算具有最大相关性的决定系数：

通过使用A和B计算g(1)。

通过使用A、B和C计算g(2)。

通过使用A、B、C和D计算g(3)。

通过使用A、B、C、D和E计算g(4)。

所述算法将评价哪个g(i)最有效，即哪个g(i)是最大相关性。

如果将g(i)评价为最大相关性，则在此迭代中将与第i点对应的信号存储为颗粒检测阈的候选项。否则，确定在此迭代中未找到候选项。

第三，通过从前一个数据集中删除以下点来针对第(n+1)次计算创建新的数据集(步骤706)：

(x_j，y_j)＝{j|1≤j≤i-1}

例如，在使用A、B、C、D和E的前一个数据集的计算的上述例子中，如果g(2)被评价为最有效决定系数，则数据点A将被去除，并且下一个数据集将含有B、C、D和E。然后将针对由B、C、D和E组成的新数据集重复上述程序(步骤702和704)。

如果在对当前数据集的当前迭代计算中未找到候选项或者没有其他数据点被去除，则在步骤704中确定的最后一个候选项将被确定为颗粒检测阈。否则，将遵循上述程序(步骤702、704和706)继续重复计算。

如果在整个迭代计算中没有候选项，则确定未找到颗粒检测阈。在这种情况下，确定的是在样品中未检测到颗粒。

图8是流程图800，所述流程图展示了用于通过单颗粒电感耦合等离子体质谱(spICP-MS)分析样品中纳米颗粒的方法的例子。

根据所述方法，在ICP-MS***中处理样品以获取原始样品数据，所述原始样品数据对应于通过ICP-MS***的离子检测器测量的随时间变化的离子信号强度(参见例如图2)(步骤802)。样品处理可包括以上结合图1所展示的ICP-MS***100所述的各个步骤的组合，所述步骤诸如样品引入、雾化、原子化/电离、质量过滤、干扰抑制(例如，通过碰撞/反应)、质量分析、离子检测/计数、信号处理/数据获取等。

然后确定或计算原始样品数据的信号分布(步骤804)。如上所述，信号分布由多个数据点组成或与其对应。每个数据点是由离子信号强度和离子检测器测量离子信号强度时的频率定义的或与其对应(参见例如图4)。

然后使用信号分布数据确定颗粒检测阈(步骤806)。具体地，将颗粒检测阈确定为所述信号分布的离子信号部分与所述信号分布的颗粒信号部分的交点。如以上结合图4所述，颗粒信号部分对应于样品中纳米颗粒的测量，并且离子信号部分对应于样品中除纳米颗粒以外的组分(诸如溶解在样品溶液中的金属)的测量。以这种方式，可以准确地鉴定出与颗粒信号部分对应的并且因此与样品中检测到的纳米颗粒对应的数据并且将其与在当前样品运行期间从样品获取的所有其他数据分离。

在一个实施方案中，可以通过评价离子信号部分的特征来确定颗粒检测阈。例如，可以根据上述和图7中所展示的方法通过将离子信号部分近似估计为指数函数来确定颗粒检测阈。例如，确定粒子检测阈可以包括：(1)基于其中所述信号分布的数据点作为输入的指数函数，计算近似估计所述离子信号部分的多个近似曲线；(2)计算在所述近似曲线内的数据点的决定系数；(3)确定所述决定系数中的哪个是最大相关性；并且(4)将对应于所述最大相关性的数据点确定为所述颗粒检测阈。

然后，使用颗粒信号部分来确定或计算纳米颗粒数据(步骤808)。纳米颗粒数据可以包括但不限于质谱、颗粒数量浓度、元素组成、颗粒尺寸、颗粒尺寸分布等。

在实施方案中，流程图800可以代表ICP-MS***或ICP-MS***的一部分，其被配置用于执行步骤802-808。出于这种目的，可以提供包括处理器、存储器、和如本领域技术人员所认识到的其他部件的控制器(例如，图1中所示的控制器120)来控制步骤802-808的执行(例如通过控制ICP-MS***的在实施步骤802-808时涉及的部件)。

本文公开的方法可以提供优于诸如迭代n*算法的已知方法的优点。本文公开的方法使得能够确定更准确的颗粒检测阈，所述颗粒检测阈进而使得能够更精确地确定或计算颗粒数据。此外，本文公开的方法使得能够自动地(即，无需用户干预)计算精确结果。例如，所述方法确定颗粒检测阈而无需用户为进行这种确定而视觉上评价信号分布数据。这对于执行多元素分析也是有利的，如果通过手动方法完成所述多元素分析，将非常耗时。

图9和图10是表(表1和表2)，所述表比较了使用当前公开的方法(“新算法”)与常规算法(“常规算法”)通过spICP-MS在五个样品运行中分析参考溶液而获得的结果。图9含有通过分析5ppt NIST 8012(Au 30nm)颗粒获得的数据(颗粒数量、中值尺寸、平均尺寸和最高频率颗粒尺寸)，并且图10含有通过分析50ppt NIST 8013(Au 60nm)颗粒获得的相同类型的数据。在每个表中，通过当前公开的方法获得的数据的百分比相对标准偏差(％RSD)显著低于通过常规算法获得的数据的％RSD。这表明当在样品分析中使用当前公开的方法时，所述方法提供显著更好的精度和可重复性。

图11是表(表3)，所述表比较了使用当前公开的方法(“新算法”)与常规算法(“常规算法”)通过spICP-MS分析若干个参考溶液(每个溶液含有100nm Ag NP但离子浓度不同)而获得的结果。再次，通过当前公开的方法获得的数据的百分比相对标准偏差(％RSD)显著低于通过常规算法获得的数据的％RSD。此外，图11中的数据表明，即使在将离子溶液添加到NP样品中时，也可以使用当前公开的方法精确地计算结果。

此外，即使在分析尺寸相当小的颗粒时本文公开的方法也能够自动计算准确结果。例如，图12A是从原始样品数据计算的尺寸分布曲线图，所述原始样品数据是通过对含NIST 8011(Au 10nm)0.25ppt颗粒的样品溶液进行spICP-MS分析获取的，其中使用常规算法将颗粒信号与离子信号分离。相比之下，图12B是从与图12A相同的原始样品数据计算的尺寸分布曲线图，但是其中使用本文公开的方法计算用于将颗粒信号与离子信号分离的颗粒检测阈。图12A和图12B展示了本文公开的方法的改进的准确性。

本文公开的方法还允许通过分析含不同尺寸颗粒的混合物的样品计算准确结果。例如，图13A和图13B是从原始样品数据计算的尺寸分布图，所述原始样品数据是通过对含两种不同的NIST 8011、8012和8013Au NP的混合物的样品溶液进行spICP-MS分析而获取的，其中使用本文公开的方法计算用于将颗粒信号与离子信号分离的颗粒检测阈。具体地，图13A涉及对10nm：0.08ppt、30nm：1.7ppt和60nm：17ppt Au NP的混合物的分析，并且图13B涉及对10nm：0.1ppt、30nm：2ppt、60nm：30ppt Au NP的混合物的分析。

图14(表4)是表，所述表比较了使用当前公开的方法(“新算法”)与常规算法(“常规算法”)通过分析含不同浓度(1ppt、2ppt、5ppt、10ppt、20ppt、50ppt和100ppt)的20nm AgNP的参考溶液而获得的结果。再次，通过当前公开的方法获得的数据的相对标准偏差(RSD)显著低于通过常规算法获得的数据的RSD。另外，图14中的数据表明，即使当NP浓度不同时，当前公开的方法也能够准确地计算结果。

图15A是基于图14(表4)所示数据的浓度(作为以ppt计颗粒浓度的函数计算的颗粒数量)的曲线图，其中使用常规算法将颗粒信号与离子信号分离。相比之下，图15B是基于相同数据的浓度的曲线图，但是其中使用本文公开的方法计算用于将颗粒信号与离子信号分离的颗粒检测阈。图15A和图15B表明，通过实现本文公开的方法产生的数据具有良好的线性，并且与使用常规算法相比线性好得多。

图16(表5)是表，所述表比较了使用当前公开的方法(“新算法”)与常规算法(“常规算法”)通过分析超纯水(UPW)、空白和若干种具有不同浓度的金离子样品而得到的计算颗粒数量。图16表明，实现当前公开的方法可以防止对于不含NP的离子/空白溶液的颗粒数量的过度计数。

图17是***控制器(或控制器、或计算设备)1700的非限制性例子的示意图，所述***控制器可以是根据本公开文本的实施方案的谱分析***的一部分或与其通信。例如，***控制器1700可以对应于上述和图1所展示的ICP-MS***100的***控制器120。

在说明的实施方案中，***控制器1700包括处理器1702(典型的是基于电子器件的)，所述处理器可以代表提供整体控制的主电子处理器以及被配置用于专用控制操作或特定信号处理任务的一个或多个电子处理器(例如，图形处理器单元或GPU、数字信号处理器或DSP、专用集成电路或ASIC、现场可编程门阵列或FPGA等)。***控制器1700还包括用于存储数据和/或软件的一个或多个存储器1704(易失性和/或非易失性)。***控制器1700还可以包括：一个或多个设备驱动器1706，所述一个或多个设备驱动器用于控制一种或多种类型的用户接口设备并且在用户接口设备与***控制器1700的与用户接口设备通信的部件之间提供接口。此类用户接口设备可以包括用户输入设备1708(例如，键盘、小键盘、触摸屏、鼠标、操纵杆、轨迹球等)和用户输出设备1710(例如，显示屏、打印机、视觉指示器或警报器、听觉指示器或警报器等)。在各种实施方案中，***控制器1700可以被认为包括一个或多个用户输入设备1708和/或用户输出设备1710或至少被认为与他们通信。***控制器1700还可以包括包含在存储器中和/或包含在一种或多种类型的计算机可读介质1714上的一种或多种类型的计算机程序或软件1712。计算机程序或软件可以含有用于控制或执行ICP-MS***100的各种操作的非暂态指令(例如，逻辑指令)。计算机程序或软件可以包括应用软件和***软件。***软件可以包括用于控制和管理***控制器1700的各种功能的操作***(例如，Microsoft操作***)，所述功能包括硬件与应用软件之间的交互。具体地，所述操作***可以提供可经由用户输出设备1710显示的图形用户接口(GUI)，并且通过所述图形用户接口，用户可以与用户输入设备1708的使用交互。***控制器1700还可以包括一个或多个数据获取/信号调节部件(DAQ)1716(如可以硬件、固件和/或软件方式体现)，所述DAQ用于接收和处理由离子检测器161(图1)输出的离子测量信号，包括格式化由GUI以图形形式呈现的数据。

***控制器1700可以进一步包括数据分析器(或模块)1718，所述数据分析器(或模块)被配置用于处理从离子检测器161输出的信号并且由其产生数据，包括(纳米)颗粒数据，如贯穿本公开文本所述的。因此，数据分析器1718可以被配置用于控制或执行本文公开的任何方法的全部或一部分。数据分析器1718可以被配置用于执行本文公开的任何算法的全部或一部分。出于这些目的，数据分析器1718可以软件和/或电子器件(硬件和/或固件)的方式体现，如本领域技术人员所认识到的。

应理解，图17是符合本公开文本的***控制器1700的例子的高层级示意性描绘。根据实际实施方式的需要，可以包括其他部件，诸如另外的结构、设备、电子器件、和计算机相关或电子处理器相关的部件。还应理解，***控制器1700在图17中被示意性地表示为功能块，所述功能块旨在代表可被提供的结构(例如，电路***、机构、硬件、固件、软件等)。仅用于说明的目的，各种功能块以及它们之间的任何信号链路是任意定位的并且不以任何方式限制。本领域技术人员应认识到，实际上，***控制器1700的功能可以各种方式并且不一定以图17中展示的和本文中通过举例描述的确切方式实现。

示例性实施方案

根据当前公开的主题提供的示例性实施方案包括但不限于以下：

1.一种用于通过单颗粒电感耦合等离子体质谱(spICP-MS)分析样品中纳米颗粒的方法，所述方法包括：在ICP-MS***中处理所述样品以获取原始样品数据，所述原始样品数据对应于通过所述ICP-MS***的离子检测器测量的随时间变化的离子信号强度；确定所述原始样品数据的信号分布，所述信号分布对应于多个数据点，每个数据点对应于离子信号强度和所述离子检测器测量所述离子信号强度时的频率；并且将颗粒检测阈确定为所述信号分布的离子信号部分与所述信号分布的颗粒信号部分的交点，其中所述颗粒信号部分对应于所述样品中纳米颗粒的测量值，所述离子信号部分对应于所述样品中除纳米颗粒之外的组分的测量值，并且所述颗粒检测阈将所述颗粒信号部分与所述离子信号部分分开。

2.根据实施方案1所述的方法，其中确定所述颗粒检测阈包括评价所述离子信号部分的特征。

3.根据实施方案2所述的方法，其中评价所述离子信号部分的特征包括将所述离子信号部分近似估计为指数函数。

4.根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中确定所述粒子检测阈包括：基于其中所述信号分布的数据点作为输入的指数函数，计算近似估计所述离子信号部分的多个近似曲线；计算在所述近似曲线内的数据点的决定系数；确定所述决定系数中的哪个是最大相关性；并且将对应于所述最大相关性的数据点确定为所述颗粒检测阈。

5.根据前述实施方案中任一项所述的方法，其包括在确定所述颗粒检测阈之后，基于所述颗粒信号部分确定纳米颗粒数据。

6.根据实施方案5所述的方法，其中确定纳米颗粒数据选自：确定质谱；确定颗粒数量浓度；确定元素组成；确定颗粒尺寸；确定颗粒尺寸分布；以及前述项中两个或更多个的组合。

7.根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中处理所述样品包括通过将所述样品暴露于电感耦合等离子体中来产生离子，并且将所述离子中的至少一些传输到质量分析器中，并且将所述离子中的至少一些从所述质量分析器传输到所述离子检测器。

8.根据实施方案7所述的方法，其中处理所述样品包括在炬箱中生成所述电感耦合等离子体，将所述离子从所述炬箱传输到碰撞/反应池中以抑制干扰，并且将所述离子中的至少一些从所述碰撞/反应池传输到所述质量分析器中。

9.根据前述实施方案中任一项所述的方法，其中处理所述样品包括使所述样品从雾化器或喷雾室流入离子源。

10.一种用于通过单颗粒电感耦合等离子体质谱(spICP-MS)分析样品中纳米颗粒的电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)***，所述ICP-MS***包括：炬箱，所述炬箱被配置用于生成等离子体并且在所述等离子体中从所述样品产生离子；质量分析器，所述质量分析器被配置用于根据质荷比分离所述离子；离子检测器，所述离子检测器被配置用于对从所述质量分析器接收的离子进行计数；和控制器，所述控制器包括电子处理器和存储器并且被配置用于控制根据前述实施方案中任一项的方法所述的步骤。

11.根据实施方案10所述的ICP-MS***，其包括位于所述离子源与所述质量分析器之间并且被配置用于抑制干扰的碰撞/反应池。

12.一种非暂态计算机可读介质，其包括存储在其上的指令，所述指令当在处理器上被执行时控制或执行根据前述实施方案中任一项所述的方法的步骤。

13.一种***，其包括根据实施方案12的计算机可读存储介质。

应理解，可以通过硬件、固件、软件或前述项中的两个或更多个的组合在一个或多个电子器件或数控设备上执行本文所述的过程、子过程和过程步骤中的一个或多个。软件可以驻留在合适的电子处理部件或***(例如像图1或17中示意性描绘的计算设备120或1700)中的软件存储器(未示出)中。软件存储器可以包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表(即，可以诸如数字电路***或源代码的数字形式或以诸如模拟源的模拟形式实现的“逻辑”，所述模拟源诸如模拟电信号、模拟声音信号、或模拟视频信号)。所述指令可以在处理模块内执行，所述处理模块包括例如一个或多个微处理器、通用处理器、处理器的组合、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、或专用集成电路(ASIC)。进一步，示意图描述了功能的逻辑划分，所述功能的物理(硬件和/或软件)实现不受架构或功能的物理布局限制。本文所述***的例子可以在各种配置中实现并且在单个硬件/软件单元中或在单独的硬件/软件单元中作为硬件/软件部件来操作。

可执行指令可以被实现为其中存储指令的计算机程序产品，所述计算机程序产品在被电子***的处理模块(例如，图1或17中的计算设备120或1700)执行时指导电子***执行所述指令。所述计算机程序产品可以选择性地被体现在任何非暂态计算机可读存储介质中以供指令执行***、装置或设备(诸如基于电子计算机的***，含处理器的***，或可选择性地从指令执行***、装置或设备获取指令并且执行所述指令的其他***)使用或与其关联。在本公开文本的上下文中，计算机可读存储介质是可存储程序的任何非暂态器件，所述程序供指令执行***、装置或设备使用或与其关联。非暂态计算机可读存储介质可以选择性地为例如电子、磁、光学、电磁、红外、或半导体的***、装置或设备。非暂态计算机可读介质的更具体例子的非穷举列表包括：具有一根或多根电线(电子)的电连接件；便携式计算机磁盘(磁性)；随机存取存储器(电子)；只读存储器(电子)；可擦除可编程只读存储器，例如像闪速存储器(电子)；光盘存储器，例如像CD-ROM、CD-R、CD-RW(光学)；以及数字通用盘存储器，即，DVD(光学)。注意，非暂态计算机可读存储介质甚至可以是在其上印刷有程序的纸或另一种合适的介质，因为程序可以经由例如对纸或其他介质进行光学扫描而被电子地捕获，然后被编译、解释或在其他方面以合适的方式处理(如果需要的话)，并且然后被存储在计算机存储器或机器存储器中。

还应理解，如本文所用的术语“进行信号通信”意指两个或更多个***、设备、部件、模块或子模块能够经由在某种类型的信号路径上传播的信号彼此通信。信号可以是通信、功率、数据或能量信号，其可以将信息、功率或能量从第一***、设备、部件、模块或子模块沿着在第一与第二***、设备、部件、模块或子模块之间的信号路径传送至第二***、设备、部件、模块或子模块。信号路径可以包括物理、电、磁、电磁、电化学、光学、有线或无线连接。信号路径还可以包括在第一与第二***、设备、部件、模块或子模块之间的另外的***、设备、部件、模块或子模块。

更通常地，诸如“通信”和“与...通信”(例如，第一部件与第二部件“通信”或“处于通信”)的术语在本文中用于指示两个或更多个部件或元件之间的结构、功能、机械、电气、信号、光学、磁性、电磁性、离子或流体关系。因此，一个部件被说成与第二部件通信的事实不旨在排除可能在第一部件与第二部件之间存在另外的部件的可能性和/或可操作地与第一部件和第二部件相关联或接合的可能性。

应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以改变本发明的各个方面或细节。此外，前述描述仅用于说明目的，而不是为了限制的目的，本发明由权利要求限定。

Claims

1.一种用于通过单颗粒电感耦合等离子体质谱(spICP-MS)分析样品中纳米颗粒的方法，所述方法包括：

在ICP-MS***中处理所述样品以获取原始样品数据，所述原始样品数据对应于通过所述ICP-MS***的离子检测器测量的随时间变化的离子信号强度；

确定所述原始样品数据的信号分布，所述信号分布对应于多个数据点，每个数据点对应于离子信号强度和所述离子检测器测量所述离子信号强度时的频率；并且

确定所述信号分布的离子信号部分与所述信号分布的颗粒信号部分的交点作为颗粒检测阈，

其中所述颗粒信号部分对应于所述样品中纳米颗粒的测量值，所述离子信号部分对应于所述样品中除纳米颗粒之外的组分的测量值，并且所述颗粒检测阈将所述颗粒信号部分与所述离子信号部分分开。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述颗粒检测阈包括评价所述离子信号部分的特征。

3.根据权利要求2所述的方法，其中评价所述离子信号部分的特征包括将所述离子信号部分近似为指数函数。

4.根据权利要求1所述的方法，其中确定颗粒检测阈包括：

基于其中所述信号分布的数据点作为输入的指数函数，计算近似所述离子信号部分的多个近似曲线；

计算在所述近似曲线内的数据点的决定系数；

确定所述决定系数中的哪个是最大相关性；并且

将对应于所述最大相关性的数据点确定为颗粒检测阈。

5.根据权利要求1所述的方法，其包括在确定颗粒检测阈之后，基于所述颗粒信号部分确定纳米颗粒数据。

6.根据权利要求5所述的方法，其中确定纳米颗粒数据选自：确定质谱；确定颗粒数量浓度；确定元素组成；确定颗粒尺寸；确定颗粒尺寸分布；

以及前述项中两个或更多个的组合。

7.根据权利要求1所述的方法，其中处理所述样品包括通过将所述样品暴露于电感耦合等离子体中来产生离子，并且将所述离子中的至少一些传输到质量分析器中，并且将所述离子中的至少一些从所述质量分析器传输到所述离子检测器。

8.根据权利要求7所述的方法，其中处理所述样品包括在炬箱中生成所述电感耦合等离子体，将所述离子从所述炬箱传输到碰撞/反应池中以抑制干扰，并且将所述离子中的至少一些从所述碰撞/反应池传输到所述质量分析器中。

9.根据权利要求1所述的方法，其中处理所述样品包括使所述样品从雾化器或喷雾室流入离子源。

10.一种用于通过单颗粒电感耦合等离子体质谱(spICP-MS)分析样品中纳米颗粒的电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)***，所述ICP-MS***包括：炬箱，所述炬箱被配置用于生成等离子体并且在所述等离子体中从所述样品产生离子；

质量分析器，所述质量分析器被配置用于根据质荷比分离所述离子；

离子检测器，所述离子检测器被配置用于对从所述质量分析器接收的离子进行计数；和

控制器，所述控制器包括电子处理器和存储器并且被配置用于控制根据权利要求1所述的方法的步骤。