(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710116531.0
(22)申请日 2017.03.01
(71)申请人 中国科学院南京土壤研究所
地址 210008 江苏省南京市玄武区北京东
路71号
(72)发明人 党菲 李程程 李敏 周东美
(74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限
公司 32200
代理人 唐循文
(51)Int.Cl.
G01N 27/62(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
一种测定植物体内纳米银和银离子的方法，
先获取AgNP污染的植物叶片；再用弱碱四甲基氢
氧化铵(TMAH)或混合酶Macerozyme R-10进行提
取AgNP和Ag +；最后通过单颗粒-电感耦合等离子 体质谱（spICP-MS）测定，实现植物中AgNP颗粒的
法基于Macerozyme R-10酶提取-单颗粒电感耦 合等离子体质谱联用技术，能够快速测定植物样
品中AgNP和Ag +
。权利要求书1页 说明书6页 附图5页CN 106872558 A 2017.06.20
C N 106872558
A
1.一种测定植物体内纳米银和银离子的方法，其特征在于步骤为：
(1)获取银污染植物；
(2)用弱碱TMAH或混合酶Macerozyme R-10进行提取AgNP和Ag +；
(3)通过单颗粒-电感耦合等离子体质谱(spICP-MS)测定，实现植物中AgNP颗粒的颗粒浓度、颗粒粒径分布和Ag +的检测。
2.根据权利要求1所述的测定植物体内纳米银和银离子的方法，其特征在于所述TMAH 提取AgNP和Ag +的步骤为：步骤1)称取0.1g植物叶片，剪成小块后置于50mL烧杯中，用80nm 的AgNP标准溶液进行标记，使得最终溶液中AgNP的浓度为28,000NPs ·mL -1；步骤2)向标记完成的植物叶片中加入10mL 1wt.％的TMAH，水浴超声24h分散组织并防止AgNP团聚，将超声后的组织悬液移入到离心管离心后过孔径为1μm的滤膜；步骤3)利用spICP-MS仪器检测，型号为：NexION 300，PerkinElmer，USA；仪器测定参数为：ICP-MS操作条件：载气流速1L min -1；辅助气体流速1.2L min -1；等离子气流速18L min -1；ICP无线电频率能量1600W；模拟阶段电压-2850V；脉冲阶段电压1000V；池入电压-6V；池出电压-6V；池杆抵消-14；采样椎体为镍；过滤椎体为镍；进样系统为旋流雾室为Meinhard雾化器；spICP-MS方法参数为：分析元素Ag；密度10.5g ·cm -3；质量106.9amu；滞留时间0.05ms；稳定时间0ms。
3.根据权利要求1所述的测定植物体内纳米银和银离子的方法，其特征在于所述Macerozyme R-10酶提取AgNP和Ag +的步骤为：步骤1)称取0.1g植物叶片，剪成小块后在8mL，2mmol ·L -1，pH 6.0柠檬酸
盐缓冲溶液中匀浆，之后将80nm的AgNP标准溶液标记到该植物基质溶液中，AgNP最终浓度为28,000NPs mL -1；步骤2)向匀浆液中加入Macerozyme R-10，Macerozyme R-10与植物叶片的质量比为1:3，37℃水浴加热36h进行提取，提取结束后样品静置，取上清液过孔径为1μm的滤膜；步骤3)利用spICP-MS仪器检测，仪器型号为：NexION 300,PerkinElmer ,USA；仪器测定参数为ICP-MS操作条件：载气流速1L ·min -1；辅助气体流速1.2L ·min -1；等离子气流速18L ·min -1；ICP无线电频率能量1600W；模拟阶段电压-2850V；脉冲阶段电压1000V；池入电压-6V；池出电压-6V；池杆抵消-14；采样椎体为镍；过滤椎体为镍；进样系统为旋流雾室为Meinhard雾化器；spICP-MS方法参数为：分析元素Ag；密度10.5g ·cm -3；质量106.9amu；滞留时间0.05ms；稳定时间0ms。 4.根据权利要求1所述的测定植物体内纳米银和银离子的方法，其特征在于所述AgNP 粒径为86nm。
5.根据权利要求1～4任一所述测定植物体内纳米银和银离子的方法，其特征在于所述植物为水稻。
权 利 要 求 书1/1页CN 106872558 A
一种测定植物体内纳米银和银离子的方法
技术领域
[0001]本发明属于环境分析化学和生态学领域，涉及一种基于酶提取耦合单颗粒-电感耦合等离子体质谱(
spICP-MS)技术快速检测植物体内纳米银(AgNP)和银离子(Ag+)的方法。
背景技术
[0002]因具有优良、广谱的抗菌性能，AgNP已经被广泛地用于医用喷鼻剂、纺织品、伤口处理绷带、母婴用品、洗衣机等消费品中。据伍德罗·威尔逊国际学者中心统计，目前市场上大约有410种消费品含有A g N P，占所有纳米材料产品的25.2％(h t t p:// /)。AgNP在制备、使用、废弃及循环过程中将不可避免地进入到环境当中。植物是陆生生态系统中重要的初级生产者，越来越多证据表明AgNP会对植物生长发育产生毒性，包括抑制种子的萌发和根系伸长、导致代谢功能紊乱，阻碍光合作用等。相较于AgNP植物毒性研究，从细胞水平上认识AgNP的植物内化、积累、转运与转化等问题，直接制约了对AgNP毒性机理的认识。因此，为了科学评价AgNP在植物体内的转化过程和进一步评价AgNP的暴露风险，需建立有效地快速测定植物体基质中AgNP和Ag+的方法。[0003]环境样品中纳米颗粒的分析通常受限于极低的环境浓度和复杂的环境基质。近年来浊点萃取、场流分离、流体动力谱法、毛细管电泳与ICP-MS在线联用已成功用于AgNP和Ag+的分离测定。但是相关研究需要先进行复杂的AgNP和Ag+的分离操作，随后才能在线检测。这些操作不仅繁琐、耗费人力和时间，而且还可引入许多人为操作误差。值得注意的是，这些方法未能实现复杂的生物样品中AgNP和Ag+的有效测定。TEM-EDS能够从拍摄到的电镜照片中读取样品中纳米颗粒的粒径信息，然而它不能适用于低浓度的环境样品(ng L-1-μg L-1)且不能获取纳米颗粒的颗粒浓度信息。同步辐射相关技术(XANES和μ-XRF等)可以分析
样品中AgNP的结合形态，提供原子尺度信息，但这项技术同时受限于高的浓度检测限以及需要长时间的数据采集和复杂的数据处理过程。因此，开发一种快速测定生物样品中AgNP 和Ag+的新方法具有重要意义。
发明内容
[0004]解决的技术问题：本发明提供一种测定植物体内纳米银和银离子的方法，该方法基于Macerozyme R-10酶提取-单颗粒电感耦合等离子体质谱联用技术，能够快速测定植物样品中AgNP和Ag+。
[0005]技术方案：一种测定植物体内纳米银和银离子的方法，步骤为：
[0006](1)获取银污染植物；
[0007](2)用弱碱TMAH或混合酶Macerozyme R-10进行提取AgNP和Ag+；
[0008](3)通过单颗粒-电感耦合等离子体质谱(spICP-MS)测定，实现植物中AgNP颗粒的颗粒浓度、颗粒粒径分布和Ag+的检测。
[0009]上述TMAH提取AgNP和Ag+的步骤为：步骤1)称取0.1g植物叶片，剪成小块后置于
50mL烧杯中，用80nm的AgNP标准溶液进行标记，使得最终溶液中AgNP的浓度为28,000NPs·mL-1；步骤2)向标记完成的植物叶片中加入10mL 1wt.％的TMAH，水浴超声24h分散组织并防止AgNP团聚，将超声后的组织悬液移入到离心管离心后过孔径为1μm的滤膜；步骤3)利用spICP-MS仪器检测，型号为：NexION 300，PerkinElmer，USA；仪器测定参数为：ICP-MS操作条件：载气流速1L min-1；辅助气体流速1.2L min-1；等离子气流速18L min-1；ICP无线电频率能量1600W；模拟阶段电压-2850V；脉冲阶段电压1000V；池入电压-6V；池出电压-6V；池杆抵消-14；采样椎体为镍；过滤椎体为镍；进样系统为旋流雾室为Meinhard雾化器；spICP-MS 方法参数为：分析元素Ag；密度10.5g·cm-3；质量106.9amu；滞留时间0.05ms；稳定时间0ms。[0010]上述Macerozyme R-10酶提取AgNP和Ag+的步骤为：步骤1)称取0.1g植物叶片，剪成小块后在8mL，2mmol·L-1，pH 6.0柠檬酸盐缓冲溶液中匀浆，之后将80nm的AgNP标准溶液标记到该植物基质溶液中，AgNP最终浓度为28,000NPs mL-1；步骤2)向匀浆液中加入Macerozyme R-10，Macerozyme R-10与植物叶片的质量比为1:3，37℃水浴加热36h进行提取，提取结束后样品静置，取上清液过孔径为1μm的滤膜；步骤3)利用spICP-MS仪器检测，仪器型号为：NexION 300,PerkinElmer,USA；仪器测定参数为ICP-MS操作条件：载气流速1L·min-1；辅助气体流速1.2L·min-1；等离子气流速18L·min-1；ICP无线电频率能量1600W；模拟阶段电压-2850V；脉冲阶段电压1000V；池入电压-6V；池出电压-6V；池杆抵消-14；采样椎体为镍；过滤椎体为镍；进样系统为旋流雾室为Meinhard雾化器；spICP-MS方法参数为：分析元素Ag；密度10.5g·cm-3；质量106.9amu；滞留时间0.05ms；稳定时间0ms。
[0011]上述AgNP粒径为86nm。
[0012]上述植物为水稻。
[0013]技术原理：TMAH是一种水溶性强碱复合物，能够稳定溶液中的金属离子。它可用于生物样品中微量元素检测的前处理。与强酸分解不同，TMAH不会导致有机物的矿化，而是能够将有机结合态金属释放到溶液中。在这种背景下，TMAH为实现从生物样品中提取纳米颗粒和对应的金属离子，且不对纳米颗粒产生影响提供了可能。
[0014]植物细胞的主要组成成分是一些纤维素、果胶和多聚糖等。Macerozyme R-10是多种酶的混合物，包含纤维素酶、半纤维素酶、和果胶酶，具有消解植物组织细胞并释放其中的纳米颗粒的潜力。Macerozyme R-10在消解植物样品过程中，不会导致纳米颗粒的溶解和颗粒尺寸的变化(见图1)。
[0015]spICP-MS的工作原理是：当样品中只有Ag+存在时，溶液体系均一，检测器产生的信号是一个持续稳定的信号(背景信号)。而当样品中含有纳米颗粒时，单个的纳米颗粒进入到等离子体被离子化，产生“离子云”；“离子云”进入四级杆质量分析器，检测器检测到离子信号，产生一个脉冲信号；纳米颗粒越大，含有的原子数越多，产生的“离子云”中离子的数量也就越多，相应产生的脉冲信号也就越强；根据信号强度与质量的关系，可以将得到信号换算成颗粒质量，在颗粒形状已知的情况下，根据质量与体积和密度的公式(m＝ρV)以及
体积和粒径关系从而得到颗粒的粒径。检测出的背景信号对应的就是溶液中Ag+的浓度信息。spICP-MS工作原理图详见图2。
[0016]有益效果：与现有的AgNP和Ag+的分析方法相比，本方法具有以下优点：
[0017]1)实现复杂植物基质中AgNP颗粒、Ag+的快速测定。在单台spICP-MS，同一个样品可以同时完成样品的颗粒浓度、粒径分布和溶解性金属离子的检测；
[0018]2)检测限可以低至ng L-1，成为环境样品纳米颗粒检测的理想手段；
[0019]3)操作简单、快速，可批量分析样品；
[0020]4)样品测定损失量少。
附图说明
[0021]图1是TMAH和Macerozyme R-10对AgNP颗粒粒径的影响图；
[0022]图2是spICP-MS同时完成样品的AgNP颗粒浓度、粒径分布和溶解性Ag+的检测图；[0023]图3是s
pICP-MS对AgNP的粒径检测限图；
[0024]图4是植物基质中spICP-MS对AgNP检测的原始信号图，图中a和b、c、d分别是植物基质中未标记AgNP和标记30nm、50nm和100nm AgNP(标记浓度50,000NPs mL-1)的仪器信号图。
[0025]图5是仪器检测到的AgNP颗粒浓度与AgNP理论颗粒浓度的关系图。
具体实施方式
[0026]本发明通过对比TMAH和Macerozyme R-10两种提取剂提取植物基质中AgNP颗粒，联合单颗粒的等离子体质谱检测方法，发现离析酶R-10的提取效果更为稳定可靠。对比两种提取方法发现，Macerozyme R-10提取方法对AgNP粒径影响并不显著，没有溶出与团聚现象发生，平均粒径在85.5±1.1nm(图1)，且颗粒浓度的平均回收率达到97.9±4.9％(表3)。而TMAH弱碱提取方法引起了AgNP颗粒的溶出和团聚，平均粒径在38.2±4.2nm(图1)，并且颗粒浓度的平均回收率仅为60.7±8.5％(表3)，由此可见，Macerozyme R-10的提取效果更为稳定，所测结果更准确。
[0027]本发明中提出了植物基质中AgNP和Ag+的有效提取与同时在线测定，包括样品中AgNP的提取、AgNP颗粒和Ag+的测定。
[0028]实施例1
[0029]TMAH提取AgNP和Ag+的步骤为：步骤1)称取0.1g植物叶片，剪成小块后置于50mL烧杯中，用80nm的AgNP标准溶液进行标记，使得最终溶液中AgNP的浓度为28,000NPs mL-1；步骤2)向标记完成的植物叶片中加入10mL 1wt.％的TMAH，水浴超声24h分散组织并防止AgNP 团聚，将超声后的组织悬液移入到离心管离心后过孔径为1μm的滤膜；步骤3)利用spICP-MS 仪器检测(参数设置见表1，结果见表3和图1)。
[0030]实施例2
[0031]Macerozyme R-10酶提取AgNP和Ag+的步骤为：步骤1)称取0.1g植物叶片，剪成小块后在8mL，2mmol·L-1，pH 6.0柠檬酸盐缓冲溶液中匀浆，之后将80nm的AgNP标准溶液标记到该植物基质溶液中，使得最终溶液中AgNP最终浓度为28,000NPs mL-1；步骤2)向匀浆液中加入Macerozyme R-10，Macerozyme R-10与植物叶片的质量比为1:3，37℃水浴加热36h进行提取，提取结束后样品静置，取上清液过孔径为1μm的滤膜；步骤3)利用spICP-MS仪器检测，(参数设置见表1，结果见表3和图1)。
[0032]实施例3
[0033]a、将0.1g植物叶片(生长期为四周)切成小片(0.5×0.5cm2)，转移到15mL塑料离心管中。在离心管中加入8mL柠檬酸缓冲液(2mM，pH 6.0)，随后用组织匀浆机(28,000rpm，
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