GB-T 37966-2019 中文版 纳米技术 超纯水中纳米颗粒检测方法

GB/T37966-2019中文版纳米技术超纯水中纳米颗粒检测方法1.范围本标准由中华人民共和国国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会发布，于2020年7月1日正式实施，是我国纳米技术领域超纯水中纳米颗粒检测的统一技术标准。本标准规定了超纯水中纳米颗粒（粒径范围1nm~100nm）的检测原则、术语定义、检测方法、样品处理、质量控制、安全环保及检测报告等全流程要求，明确了不同检测方法的适用范围、操作规范及数据处理要求。本标准适用于各类工业与民用领域超纯水中纳米颗粒的定性检测与定量分析，涵盖电子半导体、光伏、制药、生物医疗、实验室、纳米材料制备等对超纯水纯度及纳米颗粒污染控制要求严苛的行业，涉及金属纳米颗粒、氧化物纳米颗粒、高分子纳米颗粒等常见类型纳米颗粒的检测。本标准不适用于核工业、航天航空等特殊领域超纯水中放射性纳米颗粒的检测，也不适用于粒径小于1nm的分子级杂质或大于100nm的微米级颗粒的检测；对于含有高浓度干扰物质（如高盐、高有机物、强氧化性物质）的超纯水，需先进行预处理去除干扰后，再参照本标准执行检测。本标准的实施旨在规范超纯水中纳米颗粒的检测行为，确保检测结果准确、可靠、可比，为超纯水质量控制、纳米污染防控及相关产品质量评估提供技术依据。2.引用文件下列文件对于本标准的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。GB/T11446.1-2013电子级水第1部分：技术指标；GB/T11446.3-2013电子级水第3部分：测试方法通则；GB/T19619-2015纳米技术术语；GB/T27404-2008实验室质量控制规范食品理化检测；GB/T30431-2013实验室纯水机；ISO19430:2006纳米技术超纯水中纳米颗粒的检测纳米颗粒跟踪分析方法；ISO21501-4:2018粒度分析动态光散射法（DLS）第4部分：超纯水中纳米颗粒的检测；HJ574-2010废水处理设备环境保护技术要求；GB15581-2018烧碱、聚氯乙烯工业污染物排放标准；GB/T32650-2016纳米技术电感耦合等离子体质谱法检测纳米颗粒含量。3.术语与定义为确保本标准的准确理解和统一执行，避免因术语歧义导致检测偏差、操作失误及数据失真，明确以下核心术语与定义，所有术语均贴合超纯水中纳米颗粒检测的专业特点，适用于本标准的所有章节。纳米颗粒：指粒径在1nm~100nm之间，具有特定物理化学性质的微小颗粒，可分为金属纳米颗粒、氧化物纳米颗粒、高分子纳米颗粒等类型，本标准中特指存在于超纯水中的各类纳米级杂质颗粒。超纯水：指符合GB/T11446.1-2013中一级水要求，电阻率≥18.2MΩ·cm（25℃），总有机碳（TOC）≤10μg/L，微粒（粒径≥0.1μm）≤1个/mL，无明显干扰纳米颗粒检测的杂质，适用于纳米颗粒检测的高纯度水。纳米颗粒跟踪分析（NTA）：一种基于激光散射原理，通过跟踪单个纳米颗粒的布朗运动，计算颗粒粒径分布及数量浓度的检测方法，适用于10nm~100nm纳米颗粒的定量检测。动态光散射法（DLS）：一种基于光散射原理，通过测量纳米颗粒在溶液中的布朗运动速度，计算颗粒粒径及粒径分布的检测方法，适用于1nm~100nm纳米颗粒的粒径分析。电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）：一种通过电感耦合等离子体将样品离子化，利用质谱仪检测离子信号强度，实现纳米颗粒中金属元素含量定量分析的方法，适用于金属纳米颗粒的含量检测。透射电子显微镜法（TEM）：一种利用电子束穿透样品，通过成像系统观察纳米颗粒的形貌、尺寸及分布，实现纳米颗粒定性分析及粒径精准测量的方法，适用于1nm~100nm纳米颗粒的形貌表征。检测限：指在规定的检测条件下，能够准确检测出的纳米颗粒的最低数量浓度或最小粒径，是衡量检测方法灵敏度的核心指标。回收率：指在已知浓度的超纯水样品中加入一定量的纳米颗粒标准物质，经检测后得到的实际测量值与加入量的比值，用于评估检测方法的准确性。空白样品：指不含目标纳米颗粒的超纯水，用于扣除检测过程中的背景干扰，确保检测结果的准确性。纳米颗粒团聚：指超纯水中的纳米颗粒因范德华力、静电力等作用，相互聚集形成粒径大于100nm的聚集体，会影响检测结果的准确性，需在样品处理过程中避免。4.总则4.1检测原则：超纯水中纳米颗粒检测应遵循“准确可靠、科学规范、操作便捷、环保安全”的原则，结合检测目的、纳米颗粒类型及超纯水水质，选择合适的检测方法，确保检测结果具有代表性、可比性和有效性；检测过程中应严格控制干扰因素，避免样品污染、颗粒团聚及仪器误差，保障检测数据的真实性。4.2检测要求：检测所用仪器、试剂、耗材需符合本标准及相关标准的要求，仪器精度需满足检测限要求，试剂纯度需达到分析纯及以上，耗材需无纳米颗粒污染；检测环境需符合规定，避免环境中的纳米颗粒、灰尘等杂质污染样品及仪器；检测人员需经过专业培训，熟悉本标准及检测方法、仪器操作规范，具备相应的检测资质，确保操作合规。4.3样品要求：超纯水样品的采集、储存、运输需符合规范，避免样品在采集过程中受到污染，储存过程中避免纳米颗粒团聚、吸附或降解；样品采集后需在规定时间内完成检测，逾期未检测的样品需重新采集，确保样品的代表性。4.4质量控制要求：检测过程中需设置空白实验、平行实验、回收率实验及仪器校准，确保检测结果的准确性和重复性；空白实验结果需符合规定，平行实验相对偏差需控制在允许范围内，回收率需达到规定要求，否则需重新检测。4.5安全环保要求：检测过程中使用的化学试剂、标准物质及废弃样品、耗材，需按照安全环保相关规定进行处理，避免污染环境、伤害检测人员；仪器操作需严格遵循安全规范，防止仪器故障、试剂泄漏等安全事故发生。4.6可追溯性要求：检测过程中需详细记录样品信息、检测方法、仪器参数、操作步骤、检测结果及质量控制数据，记录需真实、完整、规范，保存时间不少于1年，便于后续查询、追溯及复核。5.样品采集与处理5.1样品采集：超纯水样品采集需在洁净环境中进行，采集前需对采集容器、采样工具进行严格清洗、灭菌及除纳米颗粒处理，采集容器选用无溶出、无吸附的惰性材质（如石英、聚四氟乙烯），避免容器材质对纳米颗粒的吸附或溶出污染。采样时需采用无菌采样法，避免空气、灰尘中的纳米颗粒污染样品，采样体积根据检测方法要求确定，通常为100mL~500mL，采样后立即密封容器，做好样品标识，注明样品名称、采集时间、采集地点、采样人等信息。5.2样品储存：采集后的超纯水样品需在洁净、阴凉、避光的环境中储存，储存温度控制在2~8℃，避免高温、光照导致纳米颗粒团聚、降解或氧化；样品储存时间不宜超过24小时，若需延长储存时间，需加入适量的稳定剂（如分散剂），但稳定剂不得干扰纳米颗粒的检测，且需在检测报告中注明稳定剂的种类及用量。5.3样品预处理：根据超纯水样品的水质及检测方法要求，对样品进行必要的预处理，去除干扰检测的杂质，避免纳米颗粒团聚。预处理方法包括过滤、离心、超声分散等，过滤时选用孔径小于100nm的滤膜（如聚碳酸酯滤膜），去除微米级杂质及纳米颗粒聚集体；离心时控制转速为5000r/min~10000r/min，离心时间为5min~10min，分离纳米颗粒与大颗粒杂质；超声分散时选用超声波细胞破碎仪，超声功率为100W~200W，超声时间为5min~10min，确保纳米颗粒均匀分散在超纯水中，避免团聚。5.4样品稀释：若超纯水中纳米颗粒浓度过高，超出检测方法的线性范围，需用无纳米颗粒的超纯水对样品进行稀释，稀释倍数根据检测方法及颗粒浓度确定，稀释过程中需充分摇匀，确保稀释后的样品均匀，稀释倍数需记录在检测报告中；稀释所用超纯水需符合本标准中超纯水的要求，避免稀释过程中引入污染。6.检测方法本标准规定了四种常用的超纯水中纳米颗粒检测方法，分别为纳米颗粒跟踪分析法（NTA）、动态光散射法（DLS）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）、透射电子显微镜法（TEM），检测人员可根据纳米颗粒的类型、粒径范围、检测目的及实验室条件，选择合适的检测方法，也可结合多种方法进行联合检测，提高检测结果的准确性。6.1纳米颗粒跟踪分析法（NTA）6.1.1检测原理：利用激光照射超纯水样品，纳米颗粒会散射激光，形成可识别的光斑，通过高速摄像机跟踪单个纳米颗粒的布朗运动轨迹，结合斯托克斯-爱因斯坦方程，计算出每个颗粒的粒径及数量浓度，最终得到纳米颗粒的粒径分布及数量浓度检测结果。该方法适用于10nm~100nm纳米颗粒的定量检测，对金属纳米颗粒、氧化物纳米颗粒均有较好的检测效果。6.1.2试剂与材料：无纳米颗粒超纯水（符合GB/T11446.1-2013一级水要求）、纳米颗粒标准物质（粒径已知，与目标检测颗粒类型一致）、分散剂（如聚乙二醇，分析纯）、一次性无菌比色皿（无纳米颗粒污染）。6.1.3仪器设备：纳米颗粒跟踪分析仪，配备激光光源（波长通常为488nm）、高速摄像机、温度控制系统及数据处理软件；超声波细胞破碎仪、电子天平（精度0.1mg）、无菌移液管（1mL、10mL）。6.1.4检测步骤：首先启动纳米颗粒跟踪分析仪，按照仪器操作规范进行预热，预热时间不少于30分钟，同时调节仪器参数，设置激光功率、摄像机帧率、检测温度（通常为25℃）等，确保仪器运行稳定。取预处理后的超纯水样品，倒入一次性无菌比色皿中，若样品中纳米颗粒团聚严重，可加入适量分散剂，超声分散5分钟后再进行检测。将比色皿放入仪器检测池，启动检测程序，仪器自动跟踪纳米颗粒的布朗运动，采集足够数量的颗粒轨迹（通常不少于1000个颗粒），检测时间为10分钟~15分钟。检测完成后，利用仪器自带的数据处理软件，分析颗粒轨迹，计算纳米颗粒的粒径分布（如平均粒径、粒径范围）及数量浓度，同时记录检测参数及结果。6.1.5数据处理：根据仪器数据处理软件的分析结果，记录纳米颗粒的数量浓度（单位：个/mL）、平均粒径（单位：nm）、粒径分布范围（单位：nm），保留三位有效数字；若进行平行实验，需计算平行实验结果的平均值及相对偏差，相对偏差需控制在5%以内，否则需重新检测。6.2动态光散射法（DLS）6.2.1检测原理：利用单色激光照射超纯水样品中的纳米颗粒，颗粒会产生散射光，由于纳米颗粒做布朗运动，散射光的强度会随时间发生波动，通过检测散射光的波动信号，结合相关算法，计算出纳米颗粒的粒径及粒径分布。该方法适用于1nm~100nm纳米颗粒的粒径分析，操作便捷，检测速度快，适用于纳米颗粒粒径的快速筛查。6.2.2试剂与材料：无纳米颗粒超纯水、纳米颗粒标准物质、分散剂、无菌比色皿（石英材质）。6.2.3仪器设备：动态光散射仪，配备激光光源（波长通常为633nm）、检测器、温度控制系统及数据处理软件；超声波细胞破碎仪、无菌移液管、电子天平。6.2.4检测步骤：启动动态光散射仪，预热30分钟，调节仪器参数，设置激光功率、检测角度（通常为90°）、检测温度（25℃），校准仪器零点。取预处理后的超纯水样品，倒入石英比色皿中，液面高度符合仪器要求，若样品浓度过高，用无纳米颗粒超纯水稀释至合适浓度。将比色皿放入仪器检测池，启动检测程序，仪器自动采集散射光波动信号，检测时间为3分钟~5分钟，每个样品至少检测3次。检测完成后，数据处理软件自动分析信号，计算纳米颗粒的平均粒径（如Z均粒径）、粒径分布宽度及粒径分布曲线，记录检测结果及仪器参数。6.2.5数据处理：记录纳米颗粒的Z均粒径、粒径分布宽度（PDI），PDI值越小，说明纳米颗粒粒径分布越均匀，通常PDI≤0.3为分布均匀；平行实验结果的相对偏差需控制在3%以内，平均值作为最终检测结果，保留三位有效数字。6.3电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）6.3.1检测原理：将预处理后的超纯水样品引入电感耦合等离子体（ICP）中，样品被离子化，形成的离子经质谱仪分离，根据目标纳米颗粒中金属元素的质荷比，检测离子信号强度，结合标准曲线，计算出样品中金属纳米颗粒的含量。该方法适用于金属纳米颗粒（如金、银、铜、铁等纳米颗粒）的定量检测，灵敏度高，检测限低，可检测ppb级甚至ppt级的金属纳米颗粒。6.3.2试剂与材料：无纳米颗粒超纯水、金属纳米颗粒标准储备液（浓度为1000μg/mL）、硝酸（优级纯）、盐酸（优级纯）、内标溶液（如铟标准溶液，浓度为10μg/mL）。6.3.3仪器设备：电感耦合等离子体质谱仪，配备雾化器、等离子体光源、质谱检测器及数据处理软件；微波消解仪（可选，用于溶解难溶金属纳米颗粒）、电子天平、无菌移液管、容量瓶（100mL、50mL）。6.3.4检测步骤：首先配制标准系列溶液，取金属纳米颗粒标准储备液，用无纳米颗粒超纯水稀释，配制不同浓度的标准溶液（如0.1μg/L、1μg/L、10μg/L、100μg/L），加入适量硝酸（最终浓度为1%），摇匀备用。启动ICP-MS仪器，按照仪器操作规范进行预热、校准，调节等离子体功率、雾化气流量、采样深度等参数，确保仪器运行稳定。取预处理后的超纯水样品，加入适量硝酸（最终浓度为1%），若样品中含有难溶金属纳米颗粒，可采用微波消解仪进行消解，消解完成后冷却至室温，定容至规定体积。将样品溶液、标准系列溶液及空白样品依次引入仪器进行检测，检测过程中加入内标溶液，扣除基体干扰，每个样品检测3次，记录离子信号强度。6.3.5数据处理：根据标准系列溶液的离子信号强度，绘制标准曲线，计算标准曲线的相关系数（R²≥0.999），利用标准曲线计算样品中金属纳米颗粒的含量（单位：μg/L或ppt），平行实验结果的相对偏差需控制在2%以内，平均值作为最终检测结果，保留三位有效数字；若样品经过稀释，需根据稀释倍数换算出原始样品中金属纳米颗粒的含量。6.4透射电子显微镜法（TEM）6.4.1检测原理：利用电子束穿透超纯水样品中的纳米颗粒，纳米颗粒会对电子束产生散射和吸收，通过成像系统形成纳米颗粒的形貌图像，观察纳米颗粒的形状、大小、分散状态，同时测量颗粒粒径，实现纳米颗粒的定性分析及粒径精准测量。该方法适用于1nm~100nm纳米颗粒的形貌表征及粒径精准检测，可直观观察纳米颗粒的团聚情况。6.4.2试剂与材料：无纳米颗粒超纯水、纳米颗粒标准物质、碳支持膜（铜网，200目~400目）、无水乙醇（分析纯）。6.4.3仪器设备：透射电子显微镜，配备电子枪、成像系统、粒径测量软件；超声波细胞破碎仪、无菌移液管、离心管、吹风机（冷风）。6.4.4检测步骤：取预处理后的超纯水样品，若样品中纳米颗粒浓度过低，可通过离心浓缩（转速10000r/min，时间10分钟），去除部分超纯水，提高颗粒浓度。用无菌移液管吸取少量样品溶液，滴加1~2滴到碳支持膜上，放置在洁净的实验台上，自然晾干或用冷风吹风机吹干，避免高温导致纳米颗粒变形或团聚。将晾干后的碳支持膜放入透射电子显微镜的样品台，启动仪器，调节电子枪电压（通常为100kV~200kV）、放大倍数（根据颗粒大小选择，通常为10000倍~100000倍），观察纳米颗粒的形貌图像，选取不同区域拍摄至少5张图像，确保图像清晰、颗粒数量充足。利用仪器自带的粒径测量软件，在拍摄的图像中随机选取至少50个纳米颗粒，测量每个颗粒的粒径，记录测量数据。6.4.5数据处理：统计测量的纳米颗粒粒径数据，计算平均粒径、粒径分布范围，绘制粒径分布直方图，描述纳米颗粒的形貌（如球形、棒状、片状等）及分散状态（是否团聚、团聚程度）；平行实验中，不同图像测量的平均粒径相对偏差需控制在4%以内，最终结果以平均粒径及粒径分布范围表示，保留三位有效数字。7.质量控制7.1空白实验：每次检测过程中，需设置空白样品（无纳米颗粒超纯水），按照与样品相同的检测步骤进行检测，空白样品的检测结果需符合规定，即NTA法检测的数量浓度≤100个/mL，DLS法检测的粒径≤5nm且PDI≤0.2，ICP-MS法检测的金属元素含量≤方法检测限，TEM法未观察到明显纳米颗粒，否则需排查污染来源，重新检测。7.2平行实验：每个超纯水样品至少进行3次平行检测，平行实验结果的相对偏差需符合以下要求：NTA法≤5%，DLS法≤3%，ICP-MS法≤2%，TEM法≤4%；若相对偏差超出允许范围，需重新进行样品预处理及检测，查找偏差原因（如样品不均匀、仪器参数不稳定、操作失误等）。7.3回收率实验：定期进行回收率实验，取已知浓度的超纯水样品，加入一定量的纳米颗粒标准物质，按照本标准规定的检测方法进行检测，计算回收率，回收率需控制在85%~115%之间，若回收率超出该范围，需校准仪器、优化检测条件或重新选择检测方法，确保检测方法的准确性。7.4仪器校准：检测仪器需定期进行校准，NTA仪、DLS仪、ICP-MS仪、TEM仪的校准周期为6个月~1年，校准需由具备资质的机构进行，校准合格后张贴校准标识，方可继续使用；校准过程中需记录校准参数、校准结果，确保仪器精度符合检测要求。7.5样品质量控制：样品采集、储存、预处理过程中，需严格控制污染及颗粒团聚，定期检查采集容器、耗材的清洁度，确保无纳米颗粒污染；样品稀释、消解等步骤需规范操作，避免操作失误导致检测结果失真；检测完成后，剩余样品需妥善保存，便于后续复核。8.安全与环保要求8.1安全设计原则：超纯水中纳米颗粒检测过程中，需遵循“安全第一、预防为主、综合治理”的原则，落实各项安全防护措施，防止化学试剂泄漏、仪器故障、纳米颗粒吸入等安全事故发生，保障检测人员人身安全和仪器设备安全。8.2化学试剂安全：检测所用的硝酸、盐酸、标准物质等化学试剂，需单独存放于专门的试剂储存柜，储存柜需通风、干燥、阴凉，远离热源、火源，防止试剂变质、泄漏；不同类型的试剂分开存放，强酸与强碱、氧化剂与还原剂不得混存，储存容器需密封完好，张贴明显的安全警示标识，注明试剂名称、浓度、危险特性及应急处理方法。试剂操作过程中，检测人员需穿戴个人防护用品，包括耐酸碱手套、护目镜、防毒面具、实验服等，避免直接接触试剂；试剂配制、转移过程中，需规范操作，防止试剂泄漏，若发生试剂泄漏，需立即采取应急处理措施，用适量的吸收材料吸收泄漏试剂，妥善处理，避免污染环境。8.3仪器安全：ICP-MS仪、TEM仪等大型仪器，需由专业人员操作，严格遵循仪器操作规范，启动仪器前需检查仪器状态，确保仪器正常运行；仪器运行过程中，不得擅自更改仪器参数，若出现仪器故障，需立即停机，切断电源，联系专业维修人员进行维修，严禁自行拆卸仪器。纳米颗粒具有潜在的生物毒性，检测过程中需避免纳米颗粒吸入或接触皮肤，操作完成后，需及时清洗双手、实验器具，实验台需进行消毒处理；超声波细胞破碎仪操作时，需密封样品，避免样品飞溅，产生纳米颗粒气溶胶。8.4环保要求：检测过程中产生的废弃样品、试剂废液、耗材（如比色皿、离心管、碳支持膜等），需分类收集，严禁随意丢弃；试剂废液需经过中和、过滤等处理，达到国家或地方的排放标准后，方可排放；废弃耗材需分类存放，交由专业的环保机构进行无害化处理，避免污染环境；实验过程中产生的纳米颗粒废弃物，需密封收集，妥善处理，防止扩散污染。9.检测报告9.1报告内容：检测报告需完整、规范、真实，明确包含以下内容：报告标题、检测单位名称、检测日期、样品信息（样品名称、采集时间、采集地点、样品编号等）、检测依据（本标准GB/T37966-2019及相关引用标准）、检测方法、检测仪器及参数、样品预处理方法、检测结果（包括纳米颗粒的类型、粒径分布、数量浓度或含量、形貌特征等）、质量控制数据（空白实验、平行实验、回收率实验结果）、检测结论、检测人员签字、审核人员签字、批准人员签字及检测单位盖章。9.2报告要求：检测结果需明确标注检测方法、单位及有效数字，符