纳米材料因自身尺寸而具有独特的性质，使其在工业、日用品和医疗保健等领域有着广泛应用。因此，不可避免的导致其释放在环境中，引起了人们对其的环境危害、生态系统影响以及人体健康效应评价的热切关注。纳米技术的持续发展需要纳米剂量学为其提供可靠而准确的分析技术来定量和表征纳米材料。近几十年，已经发展了商业化的检测仪器和标准方法来表征纳米材料。其中单颗粒电感耦合等离子体质谱(single particle inductively coupled plasma-mass spectrometry, spICP-MS)是一种新兴的稳定而准确的测定纳米颗粒的方法，可以用来表征和定量环境浓度下的金属基纳米颗粒的粒径大小、组成成分、颗粒的质量浓度和数量浓度等。spICP-MS还可以直接检测溶液中的纳米颗粒和溶解态的离子信号而不需要进行分离预处理，可以精确检测环境浓度样品中的颗粒粒径和粒径分布。虽然spICP-MS对于纳米材料的分析显示出巨大潜力，但是依然存在着一些挑战需要解决。样品的基质干扰和传输效率是影响spICP-MS检测纳米颗粒的灵敏度和应用范围的重要影响因素，为了提高传输效率，减少基质影响，扩大应用范围，本项目通过改进spICP-MS的进样系统，提高了传输效率，减少了基质影响，并采用改进的spICP-MS方法检测了血液样品中纳米颗粒随时间的动态变化，为纳米材料在医药领域的应用提供了分析方法，同时还分析了类似大气颗粒物的硅包覆金纳米颗粒在小鼠体内的分布，为研究大气细颗粒物的毒性提供研究依据。
       论文的研究主要包括以下四个方面：
       (1) spICP-MS进样系统的改进
       spICP-MS的进样系统会直接影响纳米材料的测定，因为包括将纳米颗粒样品传输到等离子体、将样品气化成气溶胶以及样品进入等离子体的比例等都直接由进样系统决定。为了提高传输效率，减少样品基质对检测影响，扩大样品检测范围，本项目采用microFAST自动进样系统取代蠕动泵进样，原有蠕动泵进样，样品流速只能选择0.3 mL/min和0.5 mL/min，而采用microFAST自动进样系统，样品流速可从0.005 mL/min调节到5 mL/min，最小进样量可低至20 μL。同时采用无挡流板的旋流雾化室取代传统的双通道雾化室以及带挡流板的雾化室，可以大大的提高传输效率，一般带挡流板的雾化室在样品流速小于等于10 μL/min时，传输效率大约在30 %左右，而本项目采用无挡流板雾化室的传输效率可以达到92.9 %。同时，本项目改进的进样系统减少了样品基质对检测的影响，减化了样品前处理过程，扩大了spICP-MS的样品分析范围。
       (2) spICP-MS方法检测不同形状的纳米金颗粒
       spICP-MS作为一种新型的颗粒物分析技术，简化了复杂的样品前处理过程，同时还可以分析颗粒物的粒径大小、质量浓度、颗粒浓度以及对应的化学成分，获得多维信息。但是目前spICP-MS对纳米颗粒的分析，主要基于球形纳米颗粒获得粒径大小和分布，对于其他形状的纳米颗粒研究还鲜少报道。而纳米线和纳米棒等其他形状的纳米材料因为其特殊的性能，已经越来越广泛的应用在医药和工业等多种领域。为了评价非球形纳米材料的环境行为和毒性效应，需要研究spICP-MS方法对不同形状纳米颗粒的表征和定量分析。本项目采用spICP-MS方法对不同粒径的纳米金球颗粒和不同长径比的纳米金棒进行分析，结合UV-Vis和TEM方法对纳米金球和纳米金棒进行表征，来探究纳米颗粒形状对spICP-MS分析方法的影响。
      ( 3) spICP-MS方法检测不同时间血液样品中纳米金颗粒
       spICP-MS是一种灵敏度高、分析时间短且针对金属基纳米颗粒进行表征的新型分析方法。目前已经广泛应用在环境、食品以及制造业等诸多领域。研究纳米颗粒在血液中的动态变化对于理解其在体内的吸收和代谢至关重要，血液中纳米颗粒的浓度随时间的变化可以揭示出纳米颗粒是否可以穿越生物学屏障以及是否会沉积到脏器中等信息。然而，因为血液样品一般其体积较小，浓度较低并且需要用生物酶或者生物碱来对生物样品进行硝解。样品硝解的过程可能会影响纳米颗粒的离子化程度和传输效率。自动进样系统以及改进的旋流雾化室可以直接分析稀释后的血液样品而不用硝解，有效地减少了硝解给样品带来的误差，提高了工作效率。本研究采用改进的spICP-MS方法，对暴露了三种不同浓度5 μg/L、250 μg/L和500 μg/mL AuNPs的小鼠血液进行测定，结果表明在30 s后血液中的大部分AuNPs已经被代谢，只有暴露浓度为500 μg/mL的小鼠血液中检测到浓度为32 μg/mL的AuNPs；当对暴露后血液中的AuNPs颗粒随时间的变化进行分析时，研究发现在暴露后1小时左右，血液中的纳米颗粒浓度达到峰值，此后随着时间的增加，血液中纳米颗粒的浓度逐渐减少。该方法的回收率为111.74%，方法可信。
       (4) spICP-MS方法检测二氧化硅包覆纳米金颗粒在小鼠体内的分布特征
       颗粒物在人体内的吸收、分布、蓄积和代谢对于了解颗粒物的毒性机制至关重要，为了了解颗粒物在人体内的吸收和分布，本文采用二氧化硅包覆纳米金颗粒对小鼠进行呼吸暴露，解剖后采用spICP-MS分析其在体内的分布。结果表明Au@SiO2颗粒会部分沉积在肺部，其余会穿过肺泡-毛细血管屏障进入血液循环，并迁移到心脏和肝脏中，最终可能引起这些脏器的病变。纳米颗粒在动物体内的迁移和分布除了受传统因素包括颗粒分布到组织器官的速率等影响之外，还会由暴露途径和纳米特征等因素决定。研究Au@SiO2纳米颗粒在动物体内的分布有助于了解其在体内的靶向作用和行为，同时因为其表面为二氧化硅，与大气环境中的二氧化硅颗粒表面性质一致，由此亦可为大气中类似粒径的二氧化硅颗粒进入动物体内后可能的迁移和分布规律提供研究依据。
        本项目通过改进单颗粒电感耦合等离子体质谱的进样系统，提高了雾化效率，扩大了样品检测范围，为spICP-MS的广泛应用提供了研究基础。同时，本研究应用改进的spICP-MS方法检测了不同时间血液样品中纳米金颗粒的浓度，为研究纳米颗粒作为药物或者药物载体在血液中的释放情况提供了研究方法；进一步采用该方法研究了类大气颗粒物的二氧化硅包覆纳米金颗粒在小鼠体内的分布情况，为研究大气细颗粒物进入人体后的分布规律提供了研究基础。