Analytical techniques are in high demand for the determination of organic capping agents on surfaces of metallic nanoparticles (NPs) such as gold (Au) and silver (Ag). In this study, the potential of laser desorption ionisation time-of-flight mass spectrometry (LDI-ToF-MS) as a technique fit for this purpose is demonstrated. First, a collection of reference spectra of most commonly used organic capping agents, including small molecules and polymers was established. Second, the robustness of the method was tested towards parameters like NP core material and NP size. In a third step, the quantitative capabilities of LDI-ToF-MS were determined. Finally, the potential to detect chemical alterations of the organic capping agent was evaluated. LDI-ToF-MS is able to detect capping agents ranging from small molecules (citric acid, tannic acid, lipoic acid) to large polymers (polyvinylpyrrolidone, branched polyethylenimine and methoxy polyethylene glycol sulfhydryl) on Au and Ag NPs based on characteristic signals for each capping agent. Small molecules showed characteristic fragment ions with low intensities, whereas polymers showed intense signals of the monomeric subunit. The NP concentration range comprises about two orders of magnitude with lowest detection limits of 5 mg/L or a capping agent concentration in the lower nM range. Changes in capping agent composition are detectable at NP concentrations in the g/L range. Thus, LDI-ToF-MS is particularly suitable for characterisation of polymer-capped NPs with high NP concentrations. This may be the case for quality control as part of the material synthesis and testing.

Graphical abstract

对测定金属纳米颗粒（NPs）如金（Au）和银（Ag）上的有机封端剂的分析技术有很高的要求。在这项研究中，证明了激光解吸电离飞行时间质谱（LDI-ToF-MS）作为适合此目的的技术的潜力。首先，建立了最常用的有机封端剂（包括小分子和聚合物）的参考光谱的集合。其次，针对诸如NP核材料和NP尺寸的参数测试了该方法的鲁棒性。第三步，确定LDI-ToF-MS的定量能力。最后，评估了检测有机封端剂化学变化的潜力。LDI-ToF-MS能够检测小分子（柠檬酸，单宁酸，根据每种封端剂的特征信号，在Au和Ag NP上生成大分子聚合物（聚乙烯吡咯烷酮，支链聚乙烯亚胺和甲氧基聚乙二醇硫氢基）。小分子显示出低强度的特征性碎片离子，而聚合物则显示出单体亚基的强烈信号。NP浓度范围包括大约两个数量级，最低检测限为5 mg / L或在较低nM范围内的封端剂浓度。在NP浓度在g / L范围内，可以检测到封端剂组成的变化。因此，LDI-ToF-MS特别适用于表征具有高NP浓度的聚合物封端的NP。作为材料合成和测试的一部分的质量控制可能就是这种情况。根据每种封端剂的特征信号，在Au和Ag NP上形成支链聚乙烯亚胺和甲氧基聚乙二醇巯基）。小分子显示出低强度的特征性碎片离子，而聚合物则显示出单体亚基的强烈信号。NP浓度范围包括大约两个数量级，最低检测限为5 mg / L或在较低nM范围内的封端剂浓度。在NP浓度在g / L范围内，可以检测到封端剂组成的变化。因此，LDI-ToF-MS特别适用于表征具有高NP浓度的聚合物封端的NP。作为材料合成和测试的一部分的质量控制可能就是这种情况。根据每种封端剂的特征信号，在Au和Ag NP上形成支链聚乙烯亚胺和甲氧基聚乙二醇巯基）。小分子显示出低强度的特征性碎片离子，而聚合物则显示出单体亚基的强烈信号。NP浓度范围包括大约两个数量级，最低检测限为5 mg / L或在较低nM范围内的封端剂浓度。在NP浓度在g / L范围内，可以检测到封端剂组成的变化。因此，LDI-ToF-MS特别适用于表征具有高NP浓度的聚合物封端的NP。作为材料合成和测试的一部分的质量控制可能就是这种情况。小分子显示出低强度的特征性碎片离子，而聚合物则显示出单体亚基的强烈信号。NP浓度范围包括大约两个数量级，最低检测限为5 mg / L或在较低nM范围内的封端剂浓度。在NP浓度在g / L范围内，可以检测到封端剂组成的变化。因此，LDI-ToF-MS特别适用于表征具有高NP浓度的聚合物封端的NP。作为材料合成和测试的一部分的质量控制可能就是这种情况。小分子显示出低强度的特征性碎片离子，而聚合物则显示出单体亚基的强烈信号。NP浓度范围包括大约两个数量级，最低检测限为5 mg / L或在较低nM范围内的封端剂浓度。在NP浓度在g / L范围内，可以检测到封端剂组成的变化。因此，LDI-ToF-MS特别适用于表征具有高NP浓度的聚合物封端的NP。作为材料合成和测试的一部分的质量控制可能就是这种情况。NP浓度范围包括大约两个数量级，最低检测限为5 mg / L或在较低nM范围内的封端剂浓度。在NP浓度在g / L范围内，可以检测到封端剂组成的变化。因此，LDI-ToF-MS特别适用于表征具有高NP浓度的聚合物封端的NP。作为材料合成和测试的一部分的质量控制可能就是这种情况。NP浓度范围包括大约两个数量级，最低检测限为5 mg / L或在较低nM范围内的封端剂浓度。在NP浓度在g / L范围内，可以检测到封端剂组成的变化。因此，LDI-ToF-MS特别适用于表征具有高NP浓度的聚合物封端的NP。作为材料合成和测试的一部分的质量控制可能就是这种情况。

图形概要