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伴随着工程纳米材料在各个不同产品和过程的使用不断增加，人们开始对纳米颗粒的释放对环境和人类健康造成的影响产生了担心。要研究纳米颗粒对环境的影响，就必须探索纳米颗粒如何通过在水和土壤中的迁徙而被植物吸收的。如果纳米颗粒ZZ为食品作物所吸收，那么人类就直接面临ENPs释放造成的影响。

这项研究工作的目标是开发一种从植物中提取其吸收的纳米颗粒的程序并借助单颗粒等离子体质谱仪进行分析。一旦这些步骤可以确定可行，那么它们都会被用于西红柿摄取金（Au）纳米颗粒含量的测定。

样品

番茄植物从种子种植，生长29天后，将幼苗浸没在装陈好有不同浓度的40nm的金纳米颗粒（nanoComposix™，圣迭戈，加利福尼亚州，USA）聚乙烯吡咯烷酮（PVP）容器里四天后收获用于分析。收获后，植物枝条用去离子水洗涤三次，然后切成小块均质化于8ml浓度为2mM柠檬酸盐缓冲溶液中。

实验

所有分析测试工作都在珀金埃尔默NexION^®300D/350D ICP-MS上完成，应用了Syngistix™软件内置的纳米应用模块。单颗粒的工作曲线和溶解金元素的含量工作曲线都建立了。其中金（Au）纳米颗粒标准曲线是采用30、50、80和100nm柠檬酸盐稳定的金纳米颗粒（nanoComposix™，圣迭戈，加利福尼亚州，USA），为了zui大限度提高其分析灵敏度，看到最小的颗粒，对仪器进行了优化，选择ZG灵敏度的金197同位素进行分析。

表1.NexION 300/350D 仪器分析参数

实验结果

为了评估消化酶对金纳米颗粒的影响，我们对50nm的金（2.05*105NPs/mL）纳米颗粒采用Macroenzyme R-10进行了稳定处理。图1给出了所得到的颗粒尺寸分布，所测得的50nm颗粒浓度达到1.81*105NPs/mL，回收率达到88.3%。结果显示，经过处理后，酶消解过程不影响粒径分布。

图1.酶处理过的50nm金纳米颗粒的粒径分布直方图

对浸入在浓度为0.2mg/L 40nm金纳米颗粒溶液里4天的西红柿作物进行了消解和分析。图3a和b显示了西红柿对金纳米颗粒的吸收。图3c显示了不同颗粒金纳米颗粒分布，集中在40nmZX附近，符合统计分布理论。在相同的植物消解液中加入4.7*104NPs/mL的100nm金纳米颗粒，不同粒径的金纳米颗粒分布如图3d所示。

图3.（a）和（b）暴露在5mg/L 40nm Au纳米颗粒4天的西红柿植物的重复原始数据；（c）图4（a）和（b）的暴露在5mg/L 40nm Au纳米颗粒的西红柿植物的颗粒分布直方图；（d）在暴露在5mg/L 40nm Au纳米颗粒的西红柿植物中加入4.7×104/mL 100nm Au纳米颗粒的粒径分布直方图。

结论

这项研究表明西红柿可以吸收纳米颗粒，SP-ICP-MS能够准确测定纳米颗粒的分布和大小。酶消解处理可以分解植物组织而不溶解金纳米颗粒，从而使SP-ICP-MS得以分析ZZ结果。结合酶消化和SP-ICP-MS，可以对部分或整个植物进行分析，使植物吸收纳米颗粒分析变得轻松快速。

想要了解更多详情，请扫描二维码下载完整的应用报告。

      南京大学物理学院依托于国仪量子研发的金刚石量子计算教学机实验课程2019年10月17日正式开课。

1、教学机开课

南大校徽

      为了推进量子力学学科建设，完善和创新学科教学内容、教学方法、教学手段，实现量子力学的基础教学以及量子技术人才的教育与培养，南京大学本学期正式开设了与量子理论教育紧密结合的依托于金刚石量子计算教学机的实验课程。

实验课程现场

       该实验课程内容丰富，涵盖了众多量子力学的基础理论与经典实验，课程内容包括有：连续波实验、拉比振荡实验、T2实验、回波实验、DJ算法实验以及自由实验等。

近十多年来量子信息处理成为快速发展的新兴研究领域，如何为量子计算的未来储备人才，引起物理界和教育界的特别关注，与此同时各国政府也在积极推出政策支持量子技术的研究与教育。

2、第二次量子革命

      2014年，英国《自然》杂志吹响“第二次量子革命”的号角。以量子信息技术为代表的量子调控，是量子力学的Z新发展，其带来了“第二次量子革命”。人类对量子世界的探索已从单纯“探测时代”走向主动“调控时代”，成为解决人类对能源、环境、信息等需求的重要新手段、新技术。

      2018年9月，美国发布了量子信息发展国家战略书，特别强调了量子技术和量子科技在国家战略中的重要性。欧盟从2018年开始，投入10亿欧元实施“量子旗舰”计划。

牛津大学

       英国早在2014年就发布了量子科技发展蓝图并在牛津大学等高校建立量子研究ZX，投入约2.5亿美元培养人才。

      我国也在《“十三五”国家科技创新规划》中强调了量子技术发展的重要性，量子通信与量子计算被列为“十三五”科技规划100项重大技术与工程项目的前三位。

3、国内外现状

谷歌量子技术团队

      近日中外媒体纷纷报道，谷歌公司在一篇论文中宣称已成功演示“量子霸权”，其研发的量子系统只用了约200秒就完成了经典计算机大约需要1万年才能完成的计算任务，这一划时代的技术进展是量子计算研究也是量子技术应用的一个重要里程碑。

      谷歌已率先宣称实现“量子霸权”，IBM亦成功研制50多比特的量子计算机原型，虽然技术离真正付诸实用都还尚需时日，但美国已经在考虑对量子计算等技术领域设置出口禁令，我们不禁要问ZG如何在未来的量子技术应用领域不被外国“卡脖子”并实现lingxian？

各大公司布局量子技术

      近年来，一方面国内各大高校、科研院所不断加大科研投入，华为、腾讯、阿里巴巴等公司也在布局量子技术应用相关平台，另一方面随着量子科研的不断深入，各大高校的量子教育也在加大投入与创新，这其中，有百年历史的南京大学物理学院是国内Z早依托金刚石量子计算教学机对量子力学和量子计算进行创新实验教学和探索的高等院校之一。

4、量子教育

      现阶段，与量子技术快速发展不相适应的是，我国量子技术从业人员严重缺乏，工程技术人员对量子技术的理解不够深入、实操能力不足，这些已成为限制该技术发展和应用的严重瓶颈。

量子力学大师普朗克

       物理定律不能单靠“思维”来获得，还应致力于观察和实验。——普朗克

      人才的匮乏源于教育的缺失，更源于教育方式的桎梏，虽然目前很多高校开设了量子力学相关课程，但是现有的课程和教材从思维模式和体系结构上，大多侧重讲述物理原理和基础方案的验证性实验，缺乏类似工科专业教学的案例、教材和实验资源。

      量子力学的教育，离不开量子理论和实验的紧密结合。推进量子力学学科建设，完善和创新学科教学内容、教学方法、教学手段，不仅符合我国建设量子技术强国的国家需求，还能解决高校量子技术相关应用型人才培养的实际问题。

作为我国高等院校中创立Z早的物理学科之一的南京大学走在了这方面国内的前沿，2019年10月17日依托于国仪量子金刚石量子计算教学机的实验课程在南京大学物理学院正式开课。

5、南京大学物理学院

      南京大学物理学院是国家物理学基础学科人才培养基地，大学物理教学实验ZX是国家物理学基础学科人才培养基地和国家物理实验教学示范ZX。

百年南大

      南京大学物理学科创立于1915年的南京高等师范学校（物理学系建立于1920年），是我国高等院校中创立Z早的物理学科之一。

      百年来，南京大学物理学院追求zhuo越，名家辈出，为我国物理学发展作出了重要贡献，成为我国Z有影响的物理学科之一。在南京大学学习和工作过的老一辈物理学家有吴有训、严济慈、赵忠尧、施汝为、陆学善、余瑞璜、吴健雄、朱光亚、程开甲、杨澄中、魏荣爵、汤定元、冯康等数十位中科院和工程院院士。

6、单电子固态量子计算实验

      南京大学物理学院的金刚石量子计算教学机实验课程命名为《单电子固态量子计算实验》，由黄璞老师和孔煕老师授课，课程自10月17号正式开课，每周四周五下午和晚上上课。一周共4批次课程，每次4个课时，一人上两次共8课时完成实验课程。实验课程本学期一经推出就受到学生的热情关注，共有120多人成功选修该课程。

实验课程剪影

      物理学院的同学普遍表示通过教学机生动形象的实验课程学习，让他们更加深入理解了量子力学的相关知识，课程的开设得到了学校师生的一致好评。

7、金刚石量子计算教学机

      金刚石量子计算教学机是国仪量子为了更好地促进量子力学和量子计算相关的教学，推出的diyi款、面向大众的基于金刚石中NV色心，以自旋磁共振为原理的设备，通过控制光、电、磁等基本物理量，实现对NV色心发光缺陷的自旋进行量子操控和读出，从而实现量子计算等功能的教学仪器。

教学机功能丰富

      金刚石量子计算教学机可以帮助和促进高校、科研机构在开设、优化大学物理实验课、近代物理实验课、量子信息科学专业课程的相关工作，方便教师展示教学，激发学生的兴趣和想象力，提高学科水平和教学质量。

      基于金刚石量子计算教学机，国仪量子可以提供包括实验室建设、教学讲义、教学视频、教学课件、示范课培训等量子计算教学相关的整体配套解决方案，让学校和老师们更轻松的开设相关实验课程。

在近日谷歌宣称实现“量子霸权”的背景下，南京大学金刚石量子计算教学机实验课程的顺利开课对我国探索量子技术发展与应用具有十分积极的影响，对国仪量子在量子领域的深入研发、对南京大学在量子教育的发展创新也都有重要的意义，未来，国仪量子也将与包括南京大学在内的国内各大高校院所共同努力、砥砺前行，为量子技术人才的培养与教育、为ZG高科技的发展与创新、为量子技术科学强国做出更多贡献！

注：部分信息及图片来源于网络和南京大学官网

纳米科技在为现代生活提供各种高性能产品的同时，也对环境造成了严重的负担。之前的文章中，我们一起学习了饮用水、湖泊水、废水等水体中的纳米颗粒的单颗粒ICP-MS的测定过程，了解到纳米颗粒的无处不在。

那么“大海啊，全是水”的海水中，是不是也一定存在着纳米颗粒呢？

但是，海水和其他水体不一样，含有更多的“盐分”，也就是基体不同。通常，在ICP-MS 分析中，分析之前需要稀释具有较高基体的样品，以免对仪器

产生影响。然而，纳米颗粒在环境样品中的溶解和聚合取决于基体，且样品基体组成和浓度（例如溶解有机质（DOM）和离子强度）对其具有极大影响。因此在处理纳米颗粒时，稀释可能触发转化，这意味着获得的结果可能无法准确反映样品中纳米颗粒的初始状态。

为降低环境样品或其他高溶解固体含量样品在分析前稀释的必要性，PerkenElmer提供了适用于NexION系列ICP-MS(5000/2000/1000/350/300)的全基体进样系统（AMS）。

这套系统包含一个耐高盐雾化器和一个带有氩气稀释气接口的雾室。稀释气的流速由独立的氩气通道控制，气流方向与雾化气流向垂直，以获得zui佳的混合效果。可获得高达200倍的稀释比，避免了离线手工稀释的繁琐操作和随之而来的污染和误差。对于不需稀释的样品，只需将稀释气关掉，无需取下稀释气管路。借助AMS系统，对无需稀释的样品和需要稀释200倍以内的样品分别进行分析之间，无需对仪器再次进行参数优化。

本文中，我们将探索模拟海水样品中金纳米颗粒的分析，并利用AMS 功能避免人为稀释，并讨论仪器配置条件对单颗粒ICP-MS进行精确和准确颗粒分析的影响。

样品

在超高纯（UHP）水中以1，2 和3 ppb 浓度制备离子金（Au⁺）标准品，并且在超高纯水中按60000 颗/mL制备60 nm 的金纳米颗粒标准品（NIST 8013）。使用标准参考物质（CASS-6，加拿大国家研究委员会）制备海水样品，并掺入60000 颗/mL的60 nm NIST 金纳米颗粒。

在分析之前不进行进一步的样品稀释。

实验

所有分析均在NexION 2000 ICP-MS 上进行，并使用表1 中所示的进样附件和参数。全基体进样系统（AMS）的气流量设定为0.4 L/ 分钟，即10 倍稀释，可在未经任何人为稀释的情况下分析未稀释的海水，从而简化样品制备，并确保样品基体中纳米颗粒的完整性。

实验结果

如下图所示，在几种不同的AMS 气流量下精确确定NIST 60 nm 金颗粒的粒径，证明如果使用相应的离子校准，AMS 不会影响粒径测量的准确度。

AMS 气体流量对NIST 8013 60 nm 金纳米颗粒测量粒径的影响。

AMS 气体流量对NIST 8013 60 nm 金纳米颗粒测量粒径的影响

将金纳米颗粒分别添加到海水和去离子水样品中并进行测量。

下图显示了添加到海水和去离子水中的60 nm纳米颗粒的粒径分布，两者基本没有差异。结果表明，适当的仪器参数设置和AMS降低了基体效应，从而能够在复杂的环境基体（如海水）中进行准确jing准的纳米颗粒测量，而无需与离子校准标液进行基体匹配。这种能力简化了流程，增加了可用性，最重要的是，由于消除了液体稀释的需要，可在分析样品中获得纳米颗粒的准确结果。

未稀释的海水（a）和去离子水（b）中的NIST 8013 60 nm金纳米颗粒的粒径分布

未稀释的海水（a）和去离子水（b）中的NIST 8013 60 nm金纳米颗粒的粒径分布

结论

使用配备了全基体进样系统（AMS）的PerkinElmer的NexION 2000 ICP-MS，可以无需考虑用水稀释导致的纳米颗粒状态的转化对于测量结果的影响，精确测量海水（典型的复杂基体）中纳米颗粒粒径大小和浓度，无需手工稀释样品。

想要了解更多详情请扫描二维码

《使用全基体进样系统和单颗粒ICP-MS快速测定海水中纳米颗粒》

微纳米颗粒计数器检测原理

纳米银作为常见的YJ成分在很多生活用品中都能找到，比如无臭衣服，防霉浴帘，食品容器及食品砧板。有些商家甚至将纳米银颗粒添加到膳食补充剂中，宣称可以提高免疫力，广为宣传。

但是，没有任何一种含胶体纳米银的保健品被认为是安全有效的。

事实上不仅仅是保健效果，连所谓的du家技术和高科技成果都是忽悠人的。美国FDA禁止了纳米银保健品，也有研究发现纳米银会对肺部、神经及皮肤产生毒性。甚至能渗入大脑、进入胎盘、干扰精细胞。

而且银纳米颗粒排放到环境中，可能会对植物和水生生物造成影响。

单颗粒ICP-MS (SP-ICP-MS)技术，可用于非常低的颗粒浓度，大小，大小分布和溶解浓度的测定，使得SP-ICP-MS成为评估纳米颗粒在不同环境介质中命运的常规技术。

本实验使用NexION ICP-MS测定了三种市售含有银纳米颗粒的三种营养补充剂，实际看看这些保健品中的银纳米颗粒数量和尺寸。

样品

三个市售营养补充剂样品置于超声波浴中超过5分钟，以确保颗粒被均匀地分布在溶液中并减少结块。样品依次用实验室一级去离子水稀释并定容到50mL聚乙烯样品管中。

对样品和参比溶液进行稀释，使得所述颗粒的浓度为约20万个粒子/mL。

实验

使用Ted Pella公司柠檬酸盐缓冲液中的20nm，50nm和80 nm的银纳米颗粒悬浮液来计算尺寸和传输效率。

通过建立0.5-5 µg/L的标准曲线来进行测定溶解银离子浓度。

所有SP-ICP-MS测定均是在NexION 350D ICP-MS (PerkinElmer, Shelton, CT )标准模式（无气体）和Syngistix纳米应用模式下操作的。所有仪器的工作条件见下表。

实验结果

下面两图展示了1号样品和2号样品中银纳米颗粒的尺寸分布图。两者都使用了对数正态拟合方式进行计算，见图中的实线部分。样品1的数据显示颗粒的一个明显的分布约为15nm，而样品2的数据显示颗粒的分布为约33nm。

Syngistix纳米应用模块给出了样品的颗粒浓度和溶解浓度。Ted Pella™ 50 nm AgNP标准溶液用于样品审核控制。48nm作为Z常见的尺寸与给定值50nm非常吻合，并且所测量的颗粒浓度与制造商给出的2.5 E+10颗粒/mL浓度值非常吻合。

结论

使用珀金埃尔默NexION 350 ICP-MS和Syngistix纳米应用模块，对市售的3中营养补充剂中的纳米银颗粒进行了测定。单粒子的ICP-MS能实现分析物的溶解离子和颗粒形式之间的分离和定量。在一次分析中，颗粒成分，浓度，尺寸和尺寸分布，均可直接进行测定。

扫描下方二维码，即可下载采用ICP-MS对营养补充剂中银纳米粒子单粒子的特性研究相关应用报告。

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(1-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料。由于它的尺寸很小，会产生很多特殊的效应，比如小尺寸效应、隧道效应以及大的比表面积效应等，因此使得纳米材料表现出不同的物理化学特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，因而现在纳米材料被广泛应用于医药、化工、冶金、电子、机械、轻工、建筑及环保等行业。但由于其颗粒非常小，因此颗粒大小的检测也就成为了挑战，国际上对于超细颗粒的粒度测试一般有三种方法，即电子显微镜、动态光散射以及激光衍射。

1. 电子显微镜

电子显微镜技术的应用是建立在光学显微镜的基础之上的，它是利用电子束照射在颗粒上，然后通过电子透镜放大得到的图片。电镜的优点是结果直观，能够直接“观察”到所测颗粒，而且分辨率极高，但由于其放大倍数较高，因此采集的颗粒有限，取样代表性风险较高，同时高能的电子束可能破坏某些样品比如蛋白、颜料的结构。

2. 动态光散射技术

在溶液中悬浮的颗粒由于无规则运动会发生布朗运动。一般颗粒越小，运动速度越快，动态光散射技术利用悬浮颗粒在溶剂体系中做布朗运动的原理，通过检测颗粒的扩散速度，从而利用斯托克斯-爱因斯坦方程计算出颗粒的大小和粒度分布。

该技术优点是测试下限较低，对于极小的窄分布颗粒测试效果较好，同时所需样品较少，可以在悬液状态下直接测试样品并给出分布，测试速度较快。但由于该技术基于颗粒的布朗运动，一旦有大的颗粒在体系中，这些大的颗粒可能就会发生沉降从而导致测试结果错误，同时该技术是基于统计的光强变化来做数据处理，对于宽分布的样品测试结果有风险。

动态光散射技术

3．激光衍射技术

激光衍射技术主要利用的是光照射到颗粒后产生的衍射现象，不同大小的颗粒将会在空间形成不同的衍射条纹，一般来说，颗粒越小散射角越大，因此通过放置一系列检测器，检测不同角度的光散射强度，从而通过米氏理论反演计算出颗粒的粒度分布，如下图：

该技术的优点是测试范围宽，速度较快，取样代表性好，尤其是对于宽分布样品有比较好的测试效果。而恰恰很多纳米颗粒由于粒径很小，很容易产生二次团聚结构，这样就会形成小颗粒和团聚体大颗粒共存的情况，这恰恰是激光衍射技术擅长的地方。但其缺点是小颗粒散射光强非常弱，信噪比较低，同时颗粒越小，对其折射率等光学参数准确性要求越高，这就会给小颗粒测试带来风险。

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(1-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料。由于它的尺寸很小，会产生很多特殊的效应，比如小尺寸效应、隧道效应以及大的比表面积效应等，因此使得纳米材料表现出不同的物理化学特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，因而现在纳米材料被广泛应用于医药、化工、冶金、电子、机械、轻工、建筑及环保等行业。但由于其颗粒非常小，因此颗粒大小的检测也就成为了挑战，国际上对于超细颗粒的粒度测试一般有三种方法，即电子显微镜、动态光散射以及激光衍射。

1. 电子显微镜

电子显微镜技术的应用是建立在光学显微镜的基础之上的，它是利用电子束照射在颗粒上，然后通过电子透镜放大得到的图片。电镜的优点是结果直观，能够直接“观察”到所测颗粒，而且分辨率极高，但由于其放大倍数较高，因此采集的颗粒有限，取样代表性风险较高，同时高能的电子束可能破坏某些样品比如蛋白、颜料的结构。

2. 动态光散射技术

在溶液中悬浮的颗粒由于无规则运动会发生布朗运动。一般颗粒越小，运动速度越快，动态光散射技术利用悬浮颗粒在溶剂体系中做布朗运动的原理，通过检测颗粒的扩散速度，从而利用斯托克斯-爱因斯坦方程计算出颗粒的大小和粒度分布。

该技术优点是测试下限较低，对于极小的窄分布颗粒测试效果较好，同时所需样品较少，可以在悬液状态下直接测试样品并给出分布，测试速度较快。但由于该技术基于颗粒的布朗运动，一旦有大的颗粒在体系中，这些大的颗粒可能就会发生沉降从而导致测试结果错误，同时该技术是基于统计的光强变化来做数据处理，对于宽分布的样品测试结果有风险。

动态光散射技术

3．激光衍射技术

激光衍射技术主要利用的是光照射到颗粒后产生的衍射现象，不同大小的颗粒将会在空间形成不同的衍射条纹，一般来说，颗粒越小散射角越大，因此通过放置一系列检测器，检测不同角度的光散射强度，从而通过米氏理论反演计算出颗粒的粒度分布，如下图：

该技术的优点是测试范围宽，速度较快，取样代表性好，尤其是对于宽分布样品有比较好的测试效果。而恰恰很多纳米颗粒由于粒径很小，很容易产生二次团聚结构，这样就会形成小颗粒和团聚体大颗粒共存的情况，这恰恰是激光衍射技术擅长的地方。但其缺点是小颗粒散射光强非常弱，信噪比较低，同时颗粒越小，对其折射率等光学参数准确性要求越高，这就会给小颗粒测试带来风险。