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随着纳米技术的应用日益频繁，各种纳米材料广泛应用于各类产品当中。碳纳米管（CNT）是使用Z广泛的纳米材料之一，其年生产量高达上千吨。其生产过程通常会用到金属催化剂，因此碳纳米管表面可能残留金属纳米粒子。

碳纳米管的透射电子显微镜（TEM）图像，深色区域为金属颗粒，附着在无定形石墨材料和长单壁碳纳米管上

测量碳纳米管上的金属含量是一项极大的挑战。XRF Z大的缺陷是它测量的是样品的金属总量，而不是单根或若干根碳纳米管上的金属。TEM 可以测量单根碳纳米管上的金属或纳米粒子，但过程十分缓慢冗长，一天之内只能测量少数几个碳纳米管样品。传统的 ICP-OES 和 ICP-MS 分析缺陷是它们需要完全消解碳纳米管，而鉴于其化学惰性，这将是一项巨大的挑战。

单颗粒 ICP-MS（SP-ICP-MS），无需样品消解，通过监测瞬态金属信号即可实现金属量的半定量测量。SP-ICP-MS 还可以在一分钟之内分别对上千根碳纳米管进行快速测量，从而预估粒子的个数和含量。

本文介绍了单壁碳纳米管（SWCNT）中钇（Y）（一种常用催化剂）的 SP-ICP-MS 测定方法。

样品

单壁碳纳米管是从溶液（Riverside，CA）中获取的，为粉末状。

仪器

NexION 2000 ICP-MS

实验结果

图2 显示了 Y 的 SP-ICP-MS 信号，其中每个信号峰代表一根单壁碳纳米管的 Y 信号。随着过滤孔径的越来越小，越来越少的碳纳米管可以通过滤膜，因此 Y 信号越来越小。这说明 Y 纳米粒子与碳纳米管结合在一起，当碳纳米管出现时，可以观察到 Y 信号，当碳纳米管被滤除时，Y 信号消失。

使用 Syngisitx 操作软件纳米模块，可自动计算分析中的峰数，显示本底脉冲和 Y 所生成脉冲的强度均值和中值。信号积分则反映出了单壁碳纳米管中的金属总量。该数值同使用酸消解后的样品信号，是一致的。

结论

使用SP-ICP-MS技术，可在无需消解碳纳米管（一个冗长繁琐的过程）的情况下准确量化碳纳米管中的金属杂质。使用金属杂质的含量可以推测单壁碳纳米管的计数浓度，有效拓展了 ICP-MS 在纳米材料领域的应用。

想要了解更多详情，请扫描二维码下载完整的应用报告。

随着纳米技术的应用日益频繁，各种纳米材料广泛应用于各类产品当中。碳纳米管（CNT）是使用Z广泛的纳米材料之一，其年生产量高达上千吨。其生产过程通常会用到金属催化剂，因此碳纳米管表面可能残留金属纳米粒子。

碳纳米管的透射电子显微镜（TEM）图像，深色区域为金属颗粒，附着在无定形石墨材料和长单壁碳纳米管上

测量碳纳米管上的金属含量是一项极大的挑战。XRF Z大的缺陷是它测量的是样品的金属总量，而不是单根或若干根碳纳米管上的金属。TEM 可以测量单根碳纳米管上的金属或纳米粒子，但过程十分缓慢冗长，一天之内只能测量少数几个碳纳米管样品。传统的 ICP-OES 和 ICP-MS 分析缺陷是它们需要完全消解碳纳米管，而鉴于其化学惰性，这将是一项巨大的挑战。

单颗粒 ICP-MS（SP-ICP-MS），无需样品消解，通过监测瞬态金属信号即可实现金属量的半定量测量。SP-ICP-MS 还可以在一分钟之内分别对上千根碳纳米管进行快速测量，从而预估粒子的个数和含量。

本文介绍了单壁碳纳米管（SWCNT）中钇（Y）（一种常用催化剂）的 SP-ICP-MS 测定方法。

样品

单壁碳纳米管是从溶液（Riverside，CA）中获取的，为粉末状。

仪器

NexION 2000 ICP-MS

实验结果

图2 显示了 Y 的 SP-ICP-MS 信号，其中每个信号峰代表一根单壁碳纳米管的 Y 信号。随着过滤孔径的越来越小，越来越少的碳纳米管可以通过滤膜，因此 Y 信号越来越小。这说明 Y 纳米粒子与碳纳米管结合在一起，当碳纳米管出现时，可以观察到 Y 信号，当碳纳米管被滤除时，Y 信号消失。

使用 Syngisitx 操作软件纳米模块，可自动计算分析中的峰数，显示本底脉冲和 Y 所生成脉冲的强度均值和中值。信号积分则反映出了单壁碳纳米管中的金属总量。该数值同使用酸消解后的样品信号，是一致的。

结论

使用SP-ICP-MS技术，可在无需消解碳纳米管（一个冗长繁琐的过程）的情况下准确量化碳纳米管中的金属杂质。使用金属杂质的含量可以推测单壁碳纳米管的计数浓度，有效拓展了 ICP-MS 在纳米材料领域的应用。

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利用 NexION 1000 ICP-MS 的通用碰撞 / 反应池技术分析饮用水中微量元素

简介 

       饮用水的主要来源包括河流、湖泊和地下水。由于地质情况和供水区域的人类活动不同，这 些水体中的元素浓度差异很大 ¹ 。随着这些区域内的城镇化、工业化、矿业以及农业的发展，人们对监控饮用水中有害成分的需求正变得越来越强烈。许多国家已经制定了生活用水和饮用水必须达到的严格标准（表 1）^2-9。这些标准要求分析仪器必须能够达到检测下限，确保准确、精确定量微量元素浓度。

表 1 不同地区的水质监管条例

       * 法规未规定，仅提供建议值。

       在过去三十多年里，电感耦合等离子体质谱（ICP-MS） 因具有线性动态范围宽、同位素测定能力、分析速度快、检出限低等优点，作为饮用水痕量金属的分析手段已经获得业界普遍认可。但是，与所有其他分析技术一样， ICP-MS 亦无法完全摆脱干扰的影响。基于等离子体和基体的多原子干扰，例如 ArAr⁺、ArO⁺、ArH⁺ 和 ArCl⁺ 等， 属于 ICP-MS 的固有干扰，需要使用校正方程、碰撞或反应气体的方式校正干扰。当多原子干扰与待测元素信号的比值超过四个数量级时，反应气体对分析痕量的元素极有帮助。相比之下，当干扰不那么强烈时，可以使用惰性气体，通过动能甄别技术（KED）有效克服干扰。

       通常来说，ICP-MS 仪器需要使用两种或以上的气体， 以便在单次样品分析中实现碰撞和反应模式。在本文中， 我们在 NexION^® 1000 ICP-MS 上使用一路气体混合物， 同时实现碰撞和反应模式。借助这一特殊方法，分析实验室能够提高检测效率，同时确保定量限低于上述法规要求的Z低检出限^2-9。

       实验 

       样品制备 

       按照表 2 所示浓度，在 2% HNO₃（体积比）中配制校 准标样。选择该浓度范围，目的是包含不同饮用水质标 准规定的所有目标值（表 1）。在配制过程中，选择使用六点校准法，因为该方法经过证明，产生的统计方差 Z小 ¹⁰。但值得注意的是，这一范围可以缩小，以便满 足终端用户所遵循的具体导则要求。使用在线加内标的 方式，向所有标样和样品添加内标。鉴于活性炭是许多 水处理工艺中的重要添加剂，因此按照 FDA 推荐，向内标中添加 1% 异丙醇（IPA），以减小 Se 和 As 的碳增应 ¹¹。为了有效涵盖待测元素的质量范围和电离能， 使用若干种不同内标（表 2）。内标浓度各不相同，以便 校正电离能和同位素丰度的变化。为了促进汞（Hg）的洗脱，向所有样品和标样中添加 200 mg/L 的金（Au）， 并用 2% HNO₃ 将所有样品酸化，以保护溶液中的元素。 本法中使用的同位素和分析模式参见表 3。

       在分析前，对一份初始校准确认样品（ICV）和一份标准物质（SRM）进行分析，以确保校准曲线的准确性。 通过对三份有证标准物质（CRM），即 1640a 天然水、 1643f 水（NIST™, Rockville, Maryland, USA）、和水中微量金属（High Purity Standards™, Charleston, South  Carolina, USA），进行分析（每份标准物质一式三份进行分析）证明本方法的精密度。此外，还采取了其他质量控制措施，包括每 10 份样品进行一次连续校准确认样品分析和对加标样品进行一式三份分析。由于饮用水中的 Ca 含量很高，因此未对 Ca 进行加标回收。本文文末使用耗材表汇总了分析中使用的所有耗材。

表 2 校准标样中的待测元素相对浓度表

       + 由于天然丰度不同，因此对三个 Pb 同位素浓度进行读取和汇总。 

       * 许多标准都不作要求，仅供参考。

表 3 不同元素推荐同位素和分析模式

       仪器  

       所有分析均使用 NexION 1000 ICP-MS（PerkinElmer  Inc., Shelton, Connecticut, USA），按照表 4 所示条件进行。分析是使用通用碰撞 / 反应池技术，在碰撞（KED） 和反应（DRC）模式下进行的。反应模式下的选择性带 宽过滤也有助于减少干扰，在该技术下，超出 m/z 阈值的离子被从反应池中快速排除 ¹²。因此，RPq 被分别设定为0.45（碰撞模式）和0.65（反应模式）。在两种模式下，含 7% H₂ 的 He（体积比）混合气体都非常有效，能够 GX地、有针对性地去除干扰。另外，为了保持检测效率， 使用一个方法分析所有元素，从而避免在分析过程中碰 撞 / 反应池需要不断地排气 / 充气。在碰撞模式下，使 用相同的气体混合物，通过碰撞消除多原子干扰。

表 4 NexION 1000 ICP-MS 仪器参数

       结果与讨论 

       在开始分析前，有必要确认校准曲线的准确性。因此，需要在读取校准标样之后，直接测量一份初始校准确认样品（ICV：所有元素均为 50 ppb，Hg-5 ppb 和 Th-0.5  ppb 除外）和一份标准物质（SRM：将 ICS 18 稀释至 20 ppb Se，作为中位浓度校准确认样品），确认测量值 与预期浓度相符（图 1）。 为了评估本方法的精密度，对三份有证标准物质进行一 式三份分析；平均结果如图 2 所示。所有 CRM 浓度均 在认证数值 ±10% 范围内，证明本方法的精密度是可 靠的。另外，还使用一式三份加标自来水样品分析进行 质量控制（图 3，所有元素的加标浓度为 10 ppb，Th 和 Hg 除外，均为 0.5 ppb），分析结果显示，加标回收率都在 90% - 110% 之间，证明本方法适用的线性动态范围较大。

图 1 分析开始前 ICV 和 SRM 标样回收率（%）

图 2 NIST 1640a、1643f 和水中微量金属（TRW）有证标准物质的回收率

图 3 自来水中加标元素的平均加标回收率

       证明方法的准确度和精密度后，在分析开始后，使用单 点校正法，通过在 13 小时内，每 10 个样品测量一次 CCV 的方式，评价方法长期稳定性（图 4）。CCV 测量值显示本法在13小时内具有良好稳定性，无需重新校准。图 5 展示了本方法的检出限（确定为 10 份空白样品重 复读取标准偏差的 3 倍），将这些数值与表 1 中列出的饮用水容许限值（TWQG）进行比较。比较结果显示， V、Co、Se、Ag、Hg、Ba 和 Pb 的检出限低于 10 ppt， 而 Cd、Sb、Tl、Th 和 U 的检出限低于 1 ppt。本文所示方法检出限证明，在 NexION 1000 ICP-MS 上使用通用碰撞 / 反应气体技术，能够轻松对天然饮用水中的金属和非金属元素浓度进行定量。

图 4 在不重新校准情况下，在 13 小时期限内，每 10 个样品进行一次连续校准确认样品评估

图 5 在 NexION 1000 ICP-MS 上使用通用碰撞 / 反应池比较方法检出限和饮用水金属Z低容许限值

       结论 

       本文证明，NexION 1000 ICP-MS 使用一路通用碰撞 / 反应气体，检出限低于饮用水标准规定的检出限要求。由于 ⁷⁸Se 的离子化效率和天然丰度低，因此在分析微量 Se 浓度方面 NexION 1000 ICP-MS 性能尤其zhuo越，方法检出限低于 10 ppt，而这在业内普遍被认为难以实现。通过分析有证标准物质和加标自来水样品，已经确认了本方法的准确性和精密度，同时，单点校准法亦证明了本方法在 13 小时内具有良好稳定性。NexION 1000 ICP-MS 结合其独 特的通用碰撞 / 反应气体技术，不仅能够提高检测效率，还能同时满足许多高通量实验室对低检出限的要求。

       使用耗材

       请注意，校准标样是使用单份标准溶液配制的，以便满足不同目标水质导则规定的浓度范围要求。 针对更加具体的应用，可以使用多元素溶液（20 mg/L Ag、Al、As、Ba、Be、Cd、Co、Cr、 Cu、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Sb、Se、Th、Tl、U、V、Zn: N9303816）和 Fe 单元素溶液 （1000 mg/L：N9304237）和 B 单元素溶液（1000 mg/L：N9304210）。

       参考文献 

       1.Adomako D et al. 2008. Environ. Monit. Assess.  141:165–175. 

       2. National Health and Medical Research Council. 2004.  Australian Drinking Water Guidelines 6th Ed., Australia.  

       3. Health Canada. 2017. Guidelines for Canadian Drinking  Water Quality Summary Table. Water and Air Quality Bureau,  Healthy Environments and Consumer Safety Branch, Health  Canada, Ottawa, Ontario. 

       4. Ministry of Health of China. 2007. Standards for  Drinking Water, National Standard of the People’ s Republic  of China, China.  

       5. EU's drinking water standards. 1998. Quality of water  intended for human consumption. http://www.lenntech.com/ applications/drinking/standards/eu-s-drinking-water-standards.  htm#ixzz4tEtNMQzP. Accessed on 20 September 2017. 

       6. Bureau of Indian Standards. 2012. Indian Standard—Drinking  Water-Specifification 2nd Edition, New Delhi, India.

       7. Department of Water Affairs and Forestry. 1996. South  African Water Quality Guidelines 2nd Edition, Volume 1.  

       8. United States Environmental Protection Agency. 2009.  National Primary Drinking Water Regulations. Report no.  EPA 816-F-09-004. https://www.epa.gov/ground-water-and- drinking-water/national-primary-drinking-water- regulations#Inorganic Accessed on 20 September 2017.           9. World Health Organization. 2017. Guidelines for Drinking- Water Quality 4th Edition. 

       10. Ellison, S., Barwick, V., Duguid Farrant, T. (2009).  Practical statistics for the analytical scientist, a bench guide.  2nd Edition. RSC Publishing. 25-172. 

       11. FDA. 2015. Elemental Analysis Manual for Food and Related  Products Chapter 4.7 pp 1-24. 

        12. Thomas R. Practical Guide to ICP-MS: A tutorial for  beginners. 3rd Ed. pp 81.

土壤元素分析不仅对农业至关重要，从环境角度来看也很重要。有毒金属主要通过污染物直接（即工业废物或排出物）或间接（即从水中浸出、消费者污染物）进入土壤。这些有毒金属可以通过扬尘直接被人类吸收，也可以通过被可食用动植物摄取进入食物链。因此，土壤中污染物鉴别以及有毒元素水平测定是需要考量的重要方面。

在过去，从土壤中浸出这些元素的首 选方法是使用硝酸和盐酸浸提法。然而，这只能提取部分相关的金属，且没有指明其在土壤中的总浓度，因为一些元素浸提无法浸出，而是保留在土壤物质的晶格中。因此，通常在电热板上使用硝酸（HNO3）、盐酸（HCl）、氢氟酸（HF）和高氯酸（HClO4），执行四步酸消解法，以实现完全消解。

因此，电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）是一种理想的分析技术，它具有多元素检测能力，能够在超低浓度下进行测量，并且具有较宽的线性动态范围。然而，与所有分析技术一样，ICP-MS也并非没有干扰。ICP-MS有基于等离子体和基质的多原子干扰，需要通过使用校正方程、碰撞或反应化学进行干扰去除。

所有标准溶液和样品均在线添加内标，无需手动添加。

为了验证该技术的准确性，分析了3种土壤有证标准物质（CRM）：GSS-1、GSS-18和GSS-21（中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，中国河北）。这三种CRM的性质和来源不同，包括盐碱土和灰色石灰质土，不同样本基质之间的元素浓度差异很大。例如，不同土壤CRM Mn和Ag的浓度分别为529-1760μg/g和0.066-0.35μg/g。

仪器

为了提高效率并简化分析，所有分析都使用氦（He）作为碰撞气体，这大大减少了多原子干扰的影响，适用于基质变化较大以及干扰未知或特征明确的情况。表1列出了具体的NexION ICP-MS条件。

表1 仪器参数

通过对上述三种标准物质进行分析，确定了该方法的准确性。分析物回收率参见图1，显示所有分析物的回收率均在认证值的10%以内，从而验证了方法的准确性。

图1 标准物质中的分析物回收率

在确定该方法的准确性后，对土壤样本进行了五小时的连续分析，验证其稳定性。五小时前后对GSS-1进行了分析。图2显示尽管该基质具有挑战性和复杂性，但NexION ICP-MS系统仍表现出出色的稳定性。

值得注意的是，该数据是在未经重新校准或样品之间未进行过度冲洗的情况下获得的，因此可以基本近似一般分析实验室中正常的样本测试流程。5小时内，GSS-1每小时分析1次，GSS-1的RSD%均在4%以内（图2）。图2还显示，GSS-1中所有分析物的回收率都在认证值的10%以内。

图2 5小时土壤分析中GSS -1的%RSD和%回收率

在相同的分析运行中，还监测了相对于校准空白的内标回收率（图3）。本研究中，内标回收率均在校准空白原值的15%以内，且均在美国EPA方法6020B（用作参考）规定的30%范围内，进一步验证了方法的稳健性。这种卓 越的稳定性和稳健性源自于NexION 的仪器设计，例如专为ICP-MS设计的固态、自由运行射频发生器。这种独特的发生器可以进行变化基质的快速阻抗匹配，提供性能不受影响并具有稳健性和长期可靠性的等离子源。三锥接口的大孔径锥，结合四极杆离子偏转器，确保较少样本沉积在锥体上，同时也没有需要清洁或维护的透镜，从而实现较少维护、出色的稳定性和高基质耐受性。

图3 5小时土壤分析中的内标稳定性

本研究证明了PerkinElmer NexION ICP-MS在较长时间内轻松分析土壤中21种元素的能力。分析具有出色的准确性和稳定性，并且通过NexION ICP-MS的独特特征实现，例如：

三锥接口和四极杆离子偏转器，实现出色的基质耐受性和稳定性；

专为ICP-MS应用设计的独特固态、自由运行的射频发生器，提供准确阻抗匹配，快速调整并适应变化的等离子体负荷。

通过准确性和稳定性保证，NexION ICP-MS提供了应对土壤分析挑战的完整解决方案。

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药包材、食品包装、生产工艺组件、医疗器械（直接或间接接触患者）在药品、食品和医疗器械的生产及使用周期内，时时刻刻都在与其接触的样品或患者发生相互作用。随着国、内外法律法规、指导原则的不断更新及发布，可提取物&可浸出物/可沥滤物（E&L）相关的相容性研究及风险评估、产品质量管控，越来越受关注。

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37 个无机元素，测试范围覆盖广，仪器方法打开即用

方法满足不同基质仪器分析需求：酸、碱、盐、有机溶剂类

半定量及 Intelliquant 快速扫描功能， 助力 E&L 更多元素快速筛选

有机溶剂、高盐提取溶剂或浸出溶剂直接进样，减少提取液制备过程中可能带来的提取物、浸出物损失

• 有机加氧技术应用：有机样品不用稀释可直接进样，等离子体不熄火

• UHMI 技术及应用：最 高 25% TDS 高盐样品不用稀释直接进样，提高等离子的稳定性，从而最 大限度减少基质抑 制