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什么是纳米颗粒?

定义与讨论

这个问题非常简单,任何小于100纳米的颗粒称为纳米颗粒。但是就像颗粒技术中其他问题一样,这一问题需要更深入的讨论才能得到明确完整的答案。以下所示为ISO和ASTM标准的专家对纳米颗粒的定义,它们之间存在细微差别。目前各标准组织之间的共识是纳米颗粒的尺寸范围涵盖1 - 100nm的尺度。为了避免将原子簇称为颗粒,小于1nm的颗粒被排除在纳米颗粒之外,但文献中纳米颗粒包含了小于 1nm的颗粒。由于颗粒是三维的,ASTM标准定义了颗粒的二维和三维尺寸必须在1 - 100nm之间。这为直径为10纳米,但长度大于100纳米的纳米管提供了相关定义。

摘自ISO / TS 27687¹

该标准列出了纳米技术领域与颗粒有关的各种术语和定义。该标准对纳米尺度的定义如下:

纳米级:尺寸范围大约从1纳米到100纳米。

这个定义有两个注释:

注1:这个尺寸范围的颗粒通常会显示出更大尺寸颗粒所不具有的属性 (但不完全是)。对于这些性质一般被认为是尺寸的原因。

注2:本定义中引入的下限(约1 nm)是为了避免单个原子或少量原子团被定义为纳米物质或纳米结构的元素,这可能意味着没有下限。

摘自ASTM E2456-06²

本ASTM标准定义了几个术语,包括纳米颗粒、细颗粒、超细颗粒和其他许多术语。ASTM对纳米颗粒的定义本质上也是1-100nm,但提到了维度的数量,并带有一个“讨论”的注释。

纳米颗粒,一种二维或三维长度大于0.001微米(1纳米)小于约0.1微米(100纳米)的超细颗粒的亚分类,它可能表现出或不表现出与尺寸有关的密集特性。

讨论

该术语是一个关于大小范围和大小相关属性存在争议的主题。当前的用法强调的是大小而不是定义中的属性。长度尺度可以是流体力学直径或适合于纳米颗粒的预期使用的几何长度。新出现、新确定健康风险科学委员会(SCENIHR)对纳米颗粒作了更复杂的定义,欧盟已经讨论了这一话题,并发布了一份文件。

这份文件将纳米颗粒细分为三类,如下所述。

摘自SCENIHR³

类别1:粒径> 500 nm

如果材料的尺寸(例如平均值、中值等)超过500纳米,则可以假定粒径分布细端的颗粒尺寸很可能大于规定的100纳米的上限。这应该通过确定粒度分布来确认。因此,对可能的纳米特性进行进一步评估的必要性可能不那么重要,因此目前,经典的风险评估应考虑到材料的颗粒性质。

类别2:500 nm>粒径 >100 nm

当粒径<500 nm时,部分粒径很可能低于100 nm,该材料可能被视为纳米材料,因此需要更详细的表征和纳米特性的风险评估。如果表征结果表明小于100 nm的颗粒数量占比大于0.15%(或任何指定的百分比),则应进行纳米特性风险评估。如果这些特性没有得到满足,对可能的纳米特性的进一步评估的需要可能就没有那么优先,因此目前,经典的风险评估应该考虑到材料的颗粒性质。

类别3:100nm >尺寸>1 nm

该材料被认为是纳米材料,必须进行纳米特性的风险评估。高于阈值的VSSA(例如>60 m2/cm3)可作为一个额外的限定符来表示小于100 nm的尺寸。

纳米颗粒的类别定义与风险评估的推荐方法如下所示。

结论

纳米颗粒(1-100纳米之间)的基本定义与这里引用的文献中的定义是相同的。事实上,所有的标准文件包含一个或多个详细定义,这表明短语“它取决于样品”在颗粒表征中非常常见。对粒度分布的考虑是适当的,并在SCENHIR文档中进行了说明。该文件还表明,基于数量分布的粒径结果是最适用的,但并非所有人(包括本网页的作者)都认同这一观点。

参考文献

1.  ISO ISO/TS 27687:2008 Nanotechnologies - Terminology and definitions for nano objects - nanoparticle, nanofibre and nanoplate.  Available athttp://www.iso.org/iso/iso_catalogue.htm

2.  ASTM 2456-06 Standard Terminology Relating to Nanotechnology.  Available at:  http://www.astm.org/Standard/index.shtml

3.  Scientific Basis for the Definition of the Term "nanomaterial", ISSN 1831-4783 ISBN 978-92-79-12757-1, doi:10.2772/39703 ND-AS-09-004-EN-N.

4.  Burgess, et. al., Particle Size Analysis:  AAPS Workshop Report, Cosponsored by the Food and Drug Administration and the United States Pharmaceopeia, The AAPS Journal 2004; 6 (3) Article 20 (http://www.aapsj.org).

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