SP-ICP-MS的工作原理

　　SP-ICP-MS是近年来发展起来的纳米粒子检测新技术，能够快速的向研究人员提供关于纳米粒子尺寸、尺寸分布、粒子数目浓度和元素组成等信息，而且对样品干扰小。

SP-ICP-MS的发展

　　在用ICP-MS分析之前，含有微粒残余物的液体样品经历适当的酸消解是标准做法。采用这种方法，ICP-MS数据反映了大量的颗粒群。2003年，Degueldre证明ICP-MS也可以定量检测单个颗粒，并引入单颗粒ICP-MS(SP-ICP-MS)的概念。

　　SP-ICP-MS测量单个颗粒中每种元素的质量和总的颗粒数量浓度，并且它提供比其他技术低得多的检测限(<μg颗粒/kg)。如果密度和形状已知，则可以根据记录的质量来估计单个颗粒的大小。由单个颗粒产生的ICP-MS信号持续时间非常短(几分之一毫秒)。使用扫描质量分析仪，不可能记录来自该瞬态信号的所有元素，通常只能测量粒子内的一个或两个元素。使用飞行时间质量分析仪，可同时高速测量所有元素，因此可以测量颗粒的完整的多元素组成。

　　SP-ICP-MSZ常用于表征无机纳米粒子并研究它们对环境和生命系统的影响，但它并不局限于这些领域。例如，分析环境气溶胶中的单个微粒和纳米粒子是另一个有趣的应用。

SP-ICP-MS工作原理

　　SP-ICP-MS分析有两个主要要求：①样品中的颗粒数浓度非常低，以降低同时将多个颗粒引入ICP-MS的可能性;②质量分析器以小于2毫秒的驻留/积分时间运行，以观察各个粒子检测事件。

　　实际上，可以使用任何液体样品引入系统，其中一些对于粒子运输和离子化效率更高。通常将颗粒悬浮液稀释至10^5-10^6颗粒/ml的浓度，这取决于MS硬件配置。当样品中的颗粒数量足够低时，一次只有一个颗粒进入ICP。一旦进入等离子体，粒子就会蒸发，雾化和电离，形成一团元素离子。产生的离子通过一个减压接口从ICP导向质量分析仪，该接口调节大气压ICP和低压(例如10-6mbar)质量分析仪之间的压力差。

　　SP-ICP-MS离子光学器件用于有效地将离子传输到质量分析器。质量分析仪使用电场和/或磁场在离子撞击检测器之前根据它们的质荷比(m/Q)来分离离子。生成的数据显示每个m/Q记录的离子数。m/Q可用于确定离子的元素以及确定元素浓度的离子数。由ICP源中的单个粒子产生的元素离子云会产生非常快速的瞬态信号(信号尖峰)，总持续时间仅为毫秒的几分之一。

　　质量分析仪必须能够快速测量以检测这些离子。如前所述，扫描型质量分析器通常只能针对一个或两个元素，而TOF质量分析仪能够记录每个粒子的整个质谱(所有m/Q值)。对于任何记录的同位素(m/Q值)，在瞬态粒子信号持续期间观察到的总离子信号与粒子中该元素的质量成比例。由SP-ICP-MS检测到的粒子事件(瞬态信号尖峰)的频率与导入的液体样品中的粒子数量浓度成正比。不包含尖峰的连续信号区域(单个粒子检测事件)表示以溶解形式存在的样品分位的浓度。

　　为确保记录的质谱数据包含来自单个粒子的信号，质量分析仪必须在短停留时间/积分时间内运行。随着驻留/积分时间的增加，包含两个或更多个连续采样粒子的总计信号的记录事件的数量增加，偏置结果。以高时间分辨率采集数据也提升了达到的信噪比(SNR)：与粒子相关的噪声(无粒子数据)越少，SNR越好，并且尺寸检测限越低。用SP-ICP-MS可达到的尺寸检测限是同位素特异性的，通常在10nm到几百nm的范围内。

　　SP-ICP-MS将记录的信号强度转换为元素质量并将粒子事件的频率转换为粒子数量浓度都需要适当的校准。基于参照粒子的校准是Z直接的，但由于缺少这些材料并不适用。超纯水是用于单粒子分析的ICP-MS兼容性Z强的溶剂，它具有Z佳检测限，但并不是对所有系统都适用。对更复杂基质的样品，单粒子分析也可以在样品稀释后或粒子提取后进行。

多元素SP-ICP-MS

　　使用ICP-MS与四极杆或扇形区域质量分析器的单粒子分析于简单系统，因为这些质量分析仪只能在短时间内记录一个或两个同位素的信号粒子检测事件。相比之下，飞行时间质量分析仪可记录每个单颗粒的所有同位素信号。因此，除了报告元素质量和数量浓度外，基于TOF的仪器还可以表征粒子的多元素组成。这种独特的功能对复合纳米粒子的分析非常有用，这些应用正在迅速增长。另外，原始的简单颗粒在暴露于复杂环境之后经常经历组成转变，这可能会改变他们的行为和交互途径。多元素SP-ICP-MS为研究这些过程提供了一种手段。

　　纳米粒子的生产正在迅速增加，人们越来越担心它们对环境和生物系统(包括人类)的负面影响。然而，与相似组成的天然颗粒浓度相比，已经释放到环境中的工程纳米材料的浓度仍然非常小。这些制造的颗粒的检测对于预测其未来影响至关重要，但在复杂背景下鉴定低浓度分析物是非常具有挑战性的。Z近已经提出使用多元SP-ICP-MS分析对单个颗粒进行指纹识别作为解决这个问题的可能方法。