一种用于分离和检测纳米银的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化学检测分析技术领域，具体涉及一种用于分离和检测纳米银及银离子的毛细管电泳-电感耦合等离子体质谱联用方法。
技术背景
[0002]纳米银是目前应用最为广泛的纳米材料之一，在抗菌类医药及医疗器械、抗菌纺织品和除菌剂等产品中均有使用。这也使大量的纳米银排放到了环境中。纳米银可通过皮肤渗入、呼吸或摄入等多种途径进入人体，而且纳米银暴露会导致纳米银在人体内的积蓄。体外实验表明，纳米银对人体细胞、小鼠肝脏、水生生物等都会产生毒性效应，且毒性效应与其粒径相关。此外，纳米银会释放银离子，银离子对人体也会产生毒性效应。因此分离和检测环境与人体中的不同粒径纳米银及银离子具有十分重要的意义。
[0003]目前关于纳米银的分离检测方法非常少，仅有少量一些文献报道，且这些已报道的方法均具有明显的缺点或不足。例如Liu等报道了浊点萃取方法，但该方法前处理复杂、耗时长，且不能分离不同粒径的纳米银(Liu et al., Anal.Chem., 2009, 81, 6496-6502)。场流分级法可分离不同粒径的纳米银，但是不能实现银离子与纳米银的分离。最近有报道使用单粒子-电感耦合等离子体质谱(SP-1CP-MS)的方法分离较大粒径的纳米银与银离子，但检测灵敏度低，不能有效分离小粒径的纳米银，且数据处理过程冗繁。另外，高效液相色谱(HPLC)-1CP-MS联用技术可用于分离检测银离子与不同粒径纳米银，但分离效率低，需要使用特殊的色谱柱且容易发生堵塞。总之，目前还缺乏可用于不同粒径纳米银及银离子的分离和检测的可靠方法。
[0004]本发明提出了一种用于不同粒径纳米银及银离子分离和检测的灵敏可靠的方法。毛细管电泳(CE)是一种高效、快速的分离方法，同时具有样品和试剂消耗量少、操作简便、耗费低等优点。根据电泳原理，带电粒子在毛细管中的电泳淌度与其荷质比相关，纳米银与银离子由于其具有不同的荷质比，因此在CE中可以实现高效分离。本发明使用CE与高灵敏度、高选择性、多元素同时检测的ICP-MS联用可实现纳米银与银离子的在线分离与检测。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的问题是提供一种分离和检测不同粒径纳米银及银离子的方法。
[0006]本发明以CE为分离技术，ICP-MS为检测器，建立了一种毛细管电泳-电感耦合等离子体质谱在线联用方法，实现了不同粒径纳米银及银离子的分离和检测。CE是以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力、根据电泳淌度的不同而实现分离的技术。由于不同粒径纳米银(带负电)与银离子(带正电)在电场中具有不同的电泳淌度，因此在CE中可实现有效的分离。通过CE与ICP-MS的在线联用，本发明实现了不同粒径纳米银及银离子的高效分离和灵敏检测。本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:
[0007]CE-1CP-MS联用装置，包括毛细管电泳仪和电感耦合等离子体质谱仪，采用不锈钢双层同轴设计的CE-MS喷雾针作为接口。该喷雾针作为ICP-MS的雾化器被直接安装在雾室基座上。毛细管从喷雾针的内层不锈钢管穿过，毛细管的末端在喷雾针头处向外伸出
0.1mm，内层不锈钢管与CE毛细管的间隙中加入鞘流液，外层不锈钢管中加入载气。不锈钢喷雾针的外壳接地，确保毛细管两端的闭合电流回路。具体技术方案包括以下步骤:
[0008](a)毛细管的选择及预处理,选用75 μ m 1.d.X60cm的未涂层熔融石英毛细管，分别用lmol/L的NaOH溶液、0.lmol/L的NaOH溶液、超纯水和电泳缓冲盐冲洗新的毛细管各lOmin。电泳缓冲盐溶液为:10mmol/L三轻甲基氨基甲烧(Tris) _50mmol/L硼酸_150mM醋酸钠混合液(pH = 7.8)。每天使用前，用0.lmol/L的NaOH溶液、超纯水和缓冲盐冲洗5min。每次进样前，用0.lmol/L的NaOH溶液和超纯水冲洗毛细管2min，再用缓冲盐冲洗3min。
[0009](b)由于毛细管的流速极低，难以将被分析物有效雾化，在喷雾针的内层不锈钢管中需引入低速、稳定的鞘流液，确保样品的有效雾化，同时润湿毛细管的出口端以实现毛细管两端的电流回路。鞘流液由液相四元泵经1:100分流后引入流速为5 μ L/min的50 μ g/L硝酸铑(Rh(NO3)3)溶液。
[0010](C)毛细管冲洗完成后，采用压力进样方式进样，将样品以50mbar进样15秒注射到毛细管中。
[0011](d)进样之后，在毛细管两端加入25kV高电压，毛细管柱温保持25°C。由于银离子带正电，其在缓冲盐中的电泳淌度方向与电渗流的方向一致，而由于纳米银表面的净电荷为负电，其电泳淌度与电渗流的方向相反，且不同粒径的纳米银电泳淌度不同，因此银离子与不同粒径纳米银可实现有效的分离。
[0012](e)纳米银与银离子在毛细管电泳中实现分离后，在毛细管末端即接口喷雾针的针头处与内层不锈钢管内的鞘流液混合，被不锈钢管外层的载气雾化，雾化后的气溶胶进入到ICP-MS进行检测。采用时间分辨分析(TRA)模式采集数据，通过电泳谱图中峰的保留时间对纳米银和银离子定性，通过峰面积对其进行定量。
[0013]本发明的有益效果:本发明采用毛细管电泳-电感耦合等离子体质谱联用技术，以毛细管电泳分离不同粒径的纳米银和银离子，并用ICP-MS对纳米银与银离子进行定性定量分析，实现了不同粒径纳米银与银离子同时的在线分离和检测。与其它检测纳米银的方法相比，CE-1CP-MS联用方法分离检测纳米银及银离子操作简单、系统死体积小、分离效率高、检测灵敏度高、检测时间短、样品和缓冲盐用量低。本发明结合高效、快速分离的毛细管电泳和高灵敏度、高选择性、多元素同时检测的ICP-MS建立了一种新的高灵敏的纳米银和银离子分离检测技术。
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0015]图1是本发明分离检测纳米银和银离子的CE-1CP-MS在线联用系统示意图。
[0016]图2是10nm、20nm和40nm等3种粒径纳米银的透射电镜图。
[0017]图3是银离子与10nm、20nm和40nm等3种粒径纳米银的标准电泳谱图。
[0018]图4是一种代表性的含纳米银样品(妇科洗液)中的电泳分析谱图。
[0019]图5是金离子与2种不同粒径纳米金(10nm、20nm)的标准电泳谱图。
[0020]图1中:1.毛细管，2.毛细管电泳进样瓶，3.缓冲盐或样品，4.钼电极，5.外加电压，6.毛细管接地线，7.CE-1CP-MS接口(使用CE-ES1-MS喷雾针)，8.鞘流液管路，9.载气管路，10.雾室聚四氟乙烯基座，11.喷雾针针头，12.喷雾针外层不锈钢管，13.喷雾针内层不锈钢管，14.毛细管柱，15.毛细管柱内的缓冲盐，16.鞘流液，17.载气，18.1CP-MS，19.信号采集装置。
[0021]图2中:a.1Onm纳米银，b.20nm纳米银，c.40nm纳米银。
【具体实施方式】
[0022]本发明建立了一种分离和检测纳米银的毛细管电泳-电感耦合等离子体质谱的联用方法。下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。
[0023]实施例1
[0024]标准和试剂:银离子储备液由硝酸银(国药试剂公司)溶解在超纯水中得到。10±4nm, 20±4nm,和40±4nm的球形纳米银(梓檬酸钠为稳定剂)购自美国Sigma公司。Tris购自美国Angus化学公司，硼酸和氣氧化钠购自美国Sigma公司，醋酸钠购自北京化工厂，硝酸铭溶液购自瑞士 Fluka公司。超纯水(DDW, 18ΜΩ.cm)是来自Mill1-Q AdvantageAlOsystem(Millipore 公司，美国)。
[0025]毛细管电泳操作条件:HP3D毛细管电泳仪(安捷伦公司，德国)，内径75 μ m、长度为60cm的未涂层石英熔融毛细管柱(河北省永年锐沣色谱器件有限公司)。毛细管电泳的分离电压为25kV，样品进样方式为压力进样，进样压力为50mbar，进样时间为15秒，毛细管柱温度设置为25°C。电泳缓冲盐溶液为:10mmol/L三羟甲基氨基甲烷(Tris)-50mmol/L硼酸_150mM醋酸钠混合液，pH = 7.8。新的毛细管先分别用lmol/L的NaOH溶液、0.1mol/L的NaOH溶液、超纯水和电泳缓冲盐冲洗新各lOmin。每天使用前，用0.lmol/L的NaOH溶液、超纯水和缓冲盐冲洗5min。每次进样前，用0.lmol/L