单颗粒（sp）ICP-MS 法 让室内灰尘中的金属纳米颗粒物无处遁形
时间：2023-01-11 阅读：912
研究建立一种对降尘中的纳米颗粒物进行提取，并使用 Agilent 8900 ICP-MS/MS 的单颗粒模式进行定量分析其质量浓度和等效球体粒径分布的方法。通过该方法可以快速准确的测定灰尘中含 10 种元素的纳米颗粒物的含量，并且可以检测经过模拟肺液暴露后的灰尘中的纳米颗粒物的变化，从而提供室内空气中的纳米颗粒物的种类、暴露量等信息。这些信息可以进而帮助研究人员更好地研究室内环境暴露风险对人体健康的作用。
室内空气标准的对细颗粒物的关注
近期颁布的 GB/T 18883-2022 《室内空气质量标准》中新加入了细颗粒物（PM2.5）的标准，意味着对于细颗粒物对人体健康影响的重视程度的升级。近年来，大气中 PM2.5 对人体健康的影响是备受关注的研究方向，特别是对细颗粒物等进入人体呼吸系统并增加暴露人群的健康风险的颗粒物的研究。而比微米级颗粒物具有更大比表面积的纳米级粒径的颗粒物对人体健康的潜在危害要更大，但是目前国内外关于微米级的大气颗粒物的理化性质、粒径分布及来源等研究较多，但对于纳米级颗粒物的相关研究较少，其中分析方法是一个制约因素。随着近十年以来单颗粒（sp）ICP-MS 法在纳米颗粒物定量检测的应用愈加成熟，应用该方法研究大气颗粒物中的纳米级颗粒物的种类、大小、分布成为了很有吸引力的研究方向。
室内灰尘中的纳米颗粒的提取
本研究采集了某大学校园内的教室、食堂、宿舍等空间中的灰尘来进行。每个灰尘样品在混匀后取 20mg，用 40mL 的 0.25%（w/w）的柠檬酸钠溶液在水浴超声中分散。分散后的悬浊液在上机检测前，再次用水浴超声混匀，并用去离子水稀释 100 倍。
模拟肺液暴露对纳米颗粒的影响
使用 Gamble's 人工肺液溶液进行暴露实验。取 20mg 混匀后的灰尘样品置于 40mL 人工肺液溶液中，在 37°C 下震荡 24 小时。样品上机前用水浴超声分散并用去离子水稀释到适当浓度。
单颗粒 (sp)ICP-MS 方法检测
检测使用 Agilent 8900 串联四极杆 ICP-MS（ICP-MS/MS）。进样系统包括具有 1.0 mm 内径中心管的石英炬管（部件号：G3280-80081）、标准石英雾化室、标准玻璃同心雾化器和镍尖接口锥。样品通过蠕动泵进样。典型的仪器参数如表 1。
表 1. 该研究中 Agilent 8900 ICP-MS/MS 的仪器参数配置
大量纳米级颗粒物存在于室内空气中
通过单颗粒 ICP-MS（spICP-MS）法定量分析室内灰尘中含有 Al、Mg、Si、Ti、Cr、Fe、Cu、Zn、Ba、Pb 等元素的纳米级颗粒物的质量浓度和粒径分布（以对应的氧化物计）。结果表明，室内灰尘中存在含有上述元素的纳米级颗粒物，并且在公共空间和个人空间中的含量有一定的差异，其中含 Mg、Al、Si、Fe 的颗粒物粒径在 100-500nm 为主，而含 Ti、Cr、Cu、Zn、Ba、Pb 的颗粒物粒径主要集中在 20-100nm 范围。
图 1. 室内公共区域灰尘中含 Ti（以 TiO2 计）、Cr（以 Cr2O3 计）、Cu（以 CuO 计）、Pb（以 PbO 计）的纳米颗粒物的粒径分布。
肺液暴露对纳米颗粒物的影响
与灰尘中存在的纳米颗粒物相比，暴露于肺液后的金属纳米颗粒物表现出团聚、粒径增大的趋势，并部分溶解释放出相应的金属离子。这些变化进一步增加了纳米颗粒物沉积在呼吸系统和产生大量自由基的风险。
图 2. 室内公共区域灰尘中含 Zn（以 ZnO 计）和 Cr（以 Cr2O3 计）在初始状态和经过肺液暴露后的粒径分布变化。
结语
本研究证明了应用 spICP-MS 法定量分析大气颗粒物中的纳米级颗粒物的可行性，今后也将进一步探索该方法的定量准确性和精密度。用分析结果进行人体健康风险评估，表明了含有多元素纳米颗粒物的室内粉尘可以通过产生更多的自由基来诱导氧化应激。在这样的室内环境中长期生活可能会引发健康风险。