ISOTS 246722023 纳米技术-纳米颗粒数浓度测量指南标准立项发展报告

纳米技术——纳米颗粒数浓度测量指南标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Nanotechnologies—GuidanceontheMeasurementofNanoparticleNumberConcentration摘要随着纳米技术在医药、电子、能源及环境监测等领域的迅猛发展，纳米颗粒数浓度作为表征纳米材料性质、评估其暴露水平及生态毒理效应的核心参数，其准确、可比的测量需求日益迫切。然而，纳米颗粒数浓度的测量受制于颗粒尺寸分布、材料属性、分散状态及测量原理等多重因素，不同方法间的结果差异显著，亟需统一的技术规范与操作指南。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2023年11月正式发布了ISO/TS24672:2023《纳米技术——纳米颗粒数浓度测量指南》。该标准系统梳理了包括电子显微镜、颗粒计数及粒度分析、气溶胶颗粒物数浓度测量、光散射法、色谱及场流分离法等在内的多种主流测量技术路径，明确了不同技术的适用场景、优势局限及数据解析方法，并针对样品制备、仪器校准、质量保证与不确定度评估提供了系统性指导。本报告就该标准的立项背景、研制历程、核心内容、主要参与单位及其行业影响进行深入剖析，旨在为国内相关领域科研人员、检测机构与标准化工作者提供全面参考，并为后续我国纳米技术标准化战略的推进实施提供决策支持。关键词：纳米技术；纳米颗粒数浓度；ISO/TS24672；测量指南；国际标准；标准化发展Keywords:Nanotechnologies;Nanoparticlenumberconcentration;ISO/TS24672;Measurementguidance;Internationalstandards;Standardizationdevelopment1引言1.1研究背景与立项必要性纳米颗粒（Nanoparticle,NP）通常指至少一个维度处于1—100nm尺度范围内的颗粒材料。由于量子尺寸效应、表面效应及宏观量子隧道效应等，纳米颗粒展现出与其宏观块体材料截然不同的物理化学性质，使其在催化剂、药物递送、功能性涂层、半导体器件、能源存储与转换等众多领域获得了广泛应用。与此同时，纳米颗粒的潜在生态与健康风险也引起了全球范围内的广泛关注。世界卫生组织（WHO）与经济合作与发展组织（OECD）先后发布了针对纳米材料安全性评估的技术文件，其中颗粒数浓度被列为评估纳米材料暴露水平的关键剂量指标之一。不同于质量浓度——其测量方法（如称重法、ICP-MS等）已高度成熟且标准化——纳米颗粒数浓度的测量在技术上具有显著的特殊性和复杂性。一方面，纳米颗粒的粒径极小、比表面积巨大，颗粒间极易发生团聚与沉降，导致分散状态不稳定；另一方面，不同测量原理（如粒子计数法、成像统计法、等效光学粒径法等）所获得的"数浓度"在定义上存在本质差异——有的测量的是实际物理颗粒数，有的则是基于光学或电学等效直径换算的推断值。这使得不同实验室、不同方法之间所获得的数据往往存在数量级级别的偏差，严重制约了纳米材料研发过程中质量控制的可靠性、纳米安全性评价数据的可比性以及纳米产品监管的有效性。在此背景下，制定一项专门针对纳米颗粒数浓度测量的国际标准技术规范，统一术语定义、方法适用性判断及数据报告要求，成为全球纳米技术标准化领域的紧迫课题。1.2标准基本信息ISO/TS24672:2023《纳米技术——纳米颗粒数浓度测量指南》由国际标准化组织下设的纳米技术委员会ISO/TC229（Nanotechnologies）归口管理，具体由WG4"纳米材料特性表征"工作组主导研制。该技术规范于2023年11月6日正式发布，标准状态为现行有效。其性质为技术规范（TechnicalSpecification,TS），旨在为尚处于技术发展阶段、尚未完全成熟到国际标准（IS）层级的领域提供过渡性标准化文件。值得关注的是，该标准售价为人民币1465.0元，以电子版加密PDF格式发行。采购方需安装特定的FileOpen插件进行文档解密，且文档限制累计在3台电脑上使用并可打印5次。这一发行方式体现了ISO对知识产权保护的高度重视，同时也反映了该标准作为专业技术文件的较高商业价值。2标准研制历程与工作基础2.1ISO/TC229的工作框架ISO/TC229"纳米技术"技术委员会成立于2005年，是国际纳米技术标准化领域最核心的标准化组织之一。其工作范围涵盖纳米技术的标准化基础、纳米材料的测量与表征、健康安全与环境等方面。截至标准发布时，ISO/TC229下设多个工作组（WG），其中WG4"纳米材料特性表征"占据核心地位，已主导发布了数十项纳米材料表征相关的国际标准。ISO/TS24672的研制工作起始于2019年前后，其工作基础可以追溯至以下几方面：-已有术语标准体系：ISO/TS80004系列标准（纳米技术词汇）为数浓度相关术语提供了统一定义基础；-颗粒表征基础标准：如ISO9276系列（粒度分析结果表示）、ISO13321（动态光散射）及ISO14488（颗粒取样）等为测量方法学提供了支撑；-纳米材料安全性评价标准需求：OECD测试指南与ISO/TR13014（纳米材料理化性质表征指南）指明了数浓度数据在风险评估中的核心地位。2.2标准研制的工作历程ISO/TS24672的制定遵循了ISO/IEC导则所规定的规范性研制程序，主要经历了以下几个关键阶段：提案阶段（NP阶段，约2019年）：由ISO/TC229/WG4的专家团队提出新工作项目提案（NP），明确了制定一项针对纳米颗粒数浓度测量的技术规范的必要性与可行性。来自多个成员体的专家联合联名支持，提案获得多数投票通过。工作草案阶段（WD阶段）：项目进入工作草案研制阶段，由项目负责人（ProjectLeader）组织起草工作。各国专家对标准框架进行反复讨论，确定了以"测量方法分类—技术指南—质量保证"为框架的编写方案。期间围绕"数浓度定义的一致性""不同方法间换算的可行性"等核心议题展开了多轮技术讨论。委员会草案阶段（CD阶段）：草案在ISO/TC229内部流转评审，收集各成员国（包括中国、美国、德国、日本、韩国、英国等）的详细技术意见。其中涉及"单颗粒电感耦合等离子体质谱法（spICP-MS）与颗粒计数法的等效性判断""样品分散方案的制定原则"等关键技术内容经过了大范围的征集意见与修改完善。国际标准草案阶段（DIS阶段）：经过多轮修改完善后形成的国际标准草案进入全体成员体投票阶段。各成员体予以投票表决，同时提出最终技术性修改意见。工作组根据投票结果和修改意见进行最后修订，形成最终草案（FDIS）或直接进入出版阶段。出版发布阶段：2023年11月，ISO/TS24672:2023最终版正式出版发行。3标准核心内容解析3.1标准范围与定位ISO/TS24672:2023的适用范围涵盖水性悬浮液、有机溶剂分散体系、气溶胶等多种介质中纳米颗粒数浓度的测量。标准在开篇明确指出：该文件为从事纳米颗粒数浓度测量的技术人员提供方法选择指南和操作规范，但需要注意的是，该技术规范并不旨在替代各方法对应的专属标准，而是帮助使用者理解各方法的原理、能力边界及适用条件，从而根据具体测量需求做出合理选择。需要特别指出的是，该标准并非一种"万能配方"式的操作手册，而是一种"决策指南"式的技术规范文件。其核心价值在于帮助测量者回答"在特定场景下应选择何种方法""各方法测得的数据如何对比与解析"以及"如何提升测量结果的可靠性"等关键问题。3.2主要技术内容ISO/TS24672:2023的系统性框架涵盖了从测量方法分类、原理阐述、操作指南、数据处理到质量保证等完整技术链条。其主要涵盖以下技术内容：（一）测量方法的系统分类标准基于测量原理将纳米颗粒数浓度测量方法分为以下几大类：1.颗粒计数及粒度分析法（ParticleCountingandSizingMethods）：主要包括基于电阻法的库尔特计数器（CoulterCounter）、基于光阻法的光阻粒子计数器等。这类方法基于单颗粒检测原理，直接计数并测量颗粒粒径，适用于悬浮液体系中的颗粒数浓度测量。2.显微镜成像统计法（Microscopy-basedCountingMethods）：主要包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）及原子力显微镜（AFM）等。这类方法通过对显微图像中的颗粒进行逐粒观察和统计，能够提供颗粒数浓度的绝对测量值，同时获取颗粒形貌、尺寸分布等信息，是获得"金标准"数据的重要途径。3.气溶胶颗粒物数浓度测量法（AerosolNumberConcentrationMeasurementMethods）：主要包括凝结粒子计数器（CPC）、气溶胶电迁移率分析仪（DMA/SMPS）、气溶胶粒子质量分析仪（APM）等。这类方法面向气体介质中的悬浮纳米颗粒，广泛应用于大气环境监测、纳米气溶胶暴露评估及纳米粉体分散性评价等领域。4.光散射法（LightScatteringMethods）：主要包括动态光散射（DLS）、静态光散射（SLS）及纳米颗粒跟踪分析（NTA）等。这类方法基于颗粒对光的散射效应推断颗粒尺寸和数浓度，其中NTA技术可以同时追踪单个颗粒的布朗运动并进行计数，在生物纳米颗粒（如外泌体、病毒样颗粒）检测中展现出独特优势。5.分离分析法（Sepration-basedMethods）：主要包括场流分离法（FFF）、尺寸排阻色谱法（SEC）及毛细管电泳（CE）等。这类方法先将颗粒按尺寸或其他性质进行分离，再与在线检测器联用，实现对特定尺寸范围内颗粒数浓度的定量分析，尤其适用于复杂基质中纳米颗粒的测量。（二）方法选择决策指南标准为使用者提供了一套系统的方法选择决策逻辑，指导使用者依据以下核心考量因素做出合理选择：-待测样品性质：包括颗粒材料的化学组成、密度、折射率、表面电荷及团聚倾向等；-分散介质性质：包括介质的极性、离子强度、pH值、黏度及是否含有干扰性共存物质等；-预期浓度范围：不同方法的检测限和线性范围差异显著，需根据预期浓度选择适配方法；-所需信息维度：是否需要同时获取粒径分布、形貌特征或元素组成等多维信息；-测量目的与标准化要求：是用于日常质量控制、法规符合性验证、还是科学研究探索。（三）样品制备指南考虑到纳米颗粒测量中样品制备对结果的决定性影响，标准以独立章节对样品制备进行了系统规范，包括：-分散策略的选择（超声分散、机械搅拌、表面活性剂辅助分散等）；-分散剂和稳定剂的选择原则及其对测量结果的潜在影响；-悬浮液浓度稀释倍数的确定原则；-样品存储条件和时间对测量稳定性的影响；-平行样品的制备及重复测量的方案设计。（四）仪器校准与验证标准强调了仪器校准和质量验证在获取可靠数浓度数据中的核心地位，主要涉及：-标准参考物质（如NIST标准纳米颗粒悬浮液）的使用规范；-仪器灵敏度、分辨率和计数效率的定期校准要求；-交叉验证方案的制定（如将显微镜计数法与粒子计数法进行比对）；-实验室间比对（InterlaboratoryComparison）活动的参与建议。（五）不确定度评估与数据报告标准要求测量结果的报告应包含完整的不确定度信息，并明确了以下关键要求：-不确定度来源的识别（包括取样误差、样品制备误差、仪器误差、计数统计误差等）；-各不确定度分量的量化与合成方法（参照GUM测量不确定度表示指南）；-数据报告的最低信息要求，包括测量方法、样品制备参数、仪器设置条件、重复测量次数、结果表达形式（均值±不确定度）等，以确保数据的可追溯性和可比性。4主要参与单位介绍国际标准化组织纳米技术委员会（ISO/TC229）及其下设工作组WG4是该标准研制的主导技术机构。其中，值得重点介绍的是在该标准研制过程中发挥核心作用的标准归口单位——中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院参与下的全国纳米技术标准化技术委员会（SAC/TC279）及国家纳米科学中心。国家纳米科学中心（NationalCenterforNanoscienceandTechnology,NCNST）是中国科学院下属的从事纳米科学研究与技术开发的国家级综合性科研机构，同时也是全国纳米技术标准化技术委员会（SAC/TC279）的秘书处承担单位。作为中国纳米标准化工作的核心力量，国家纳米科学中心长期深度参与ISO/TC229的各项标准化活动，在纳米材料表征、纳米生物效应与安全性评价等领域的标准研制方面积累了深厚的技术基础。在ISO/TS24672的研制过程中，国家纳米科学中心的专家团队积极参与了标准框架的讨论和核心技术内容的编写工作。依托其在国际纳米技术标准化领域的影响力和丰富经验，中国专家团队就"样品制备的标准化方案""电子显微镜计数法的操作规范"和"不确定度评估方法"等多个关键技术环节提出了建设性的意见和建议，并在标准的国际协调中发挥了重要的桥梁作用。与此同时，该中心主导或参与制定了多项纳米技术领域的国家标准和行业标准，其标准化成果涵盖了纳米材料术语、纳米颗粒尺寸与形貌表征、纳米材料生物相容性评价等核心领域，为中国纳米科技产业的规范化发展和国际竞争力的提升提供了重要的技术支撑。此外，ISO/TS24672的研制还凝聚了包括美国国家标准与技术研究院（NIST）、德国联邦物理技术研究院（PTB）、日本产业技术综合研究所（AIST）等国际顶尖计量与标准化研究机构的专业技术力量，充分体现了该标准在全球范围内的广泛代表性和技术权威性。5标准应用价值与行业影响5.1对科学研究的意义ISO/TS24672:2023为纳米科技领域的科研工作者提供了一套系统化的测量方法选择和结果解析框架。在纳米材料合成与表征研究中，科研人员可以依据该标准中的决策指南科学选择适合其样品特性的数浓度测量方法，并通过标准化操作流程提升数据的可重复性和实验室间的可比性。这对于建立可靠的"结构—性质—功能"关系、推动纳米材料的理性设计与应用开发具有基础性的支撑作用。5.2对产业发展的价值在纳米材料产业化进程中，颗粒数浓度是纳米材料产品质量控制的关键参数之一。例如，在纳米药物制剂的研发与生产中，颗粒数浓度直接影响给药剂量和药效评价；在纳米抛光液、纳米催化剂浆料等功能性纳米分散体的生产中，数浓度是保障批次一致性的重要指标。ISO/TS24672的发布为纳米材料生产企业提供了统一的质量控制测量规范，有助于提升产品质量的稳定性和可靠性，推动产业技术升级。5.3对纳米安全性评估与监管的支撑在纳米材料的环境健康安全（EHS）评估领域，颗粒数浓度被广泛认为是比质量浓度更具生物学相关性的暴露剂量指标。ISO/TS24672所提供的规范化测量方法将有助于获得更为准确可靠的纳米颗粒暴露数据，为纳米材料的风险评估、法规监管和国际数据库建设提供坚实的测量学基础。6结论与展望ISO/TS24672:2023的发布是国际纳米技术标准化领域的一项重要里程碑。该技术规范首次以国际标准文件的形式，系统性地梳理了纳米颗粒数浓度测量的方法体系，为不同技术路径的适用场景、操作要点和数据解析提供了权威性指南。其核心价值在于：为科研工作者提供了方法选择的科学决策框架，为产业界提供了质量控制的技术依据，为监管机构提供了数据评估的统一基准。然而，也应当看到，纳米颗粒数浓度测量技术的标准化仍面临诸多挑战。不同方法之间的数据等效性问题、复杂环境基质中纳米颗粒的定量测量问题、以及单颗粒电感耦合等离子体质谱法（spICP-MS）等新型方法的标准化推进等，仍是未来标准化工作的重要方向。ISO/TS24672作为一项技术规范，本身就承载着为后续技术成熟和经验积累提供过渡性标准化框架的