فناوری نانو – رهنمود آشکارسازی و شناسایی نانواشیاء در ماتریسهای پیچیده
Nanotechnologies — Guidance on detection and identification of nano —objects in complex matrices
شماره:
۲۲۷۷۸
سال انتشار:
1399
فناوری نانو یک حوزه علمی و فناوری به سرعت در حال توسعه است که بر روی فرایندها و مواد در اندازه نانومقیاس ابعاد ذره تقریبا ( nm ۱ تا nm ۱۰۰) متمرکز شده است. این حوزه چند رشتهای با بازه وسیعی از مواد و کاربردها همچون مراقبتهای بهداشتی فناوری اطلاعات و ارتباطات، تولید و ذخیرهسازی انرژی، علم مواد مهندسی شیمی، ساخت، محافظت زیست محیطی محصولات مصرفی به طور مثال غذا، لوازم آرایشی و غیره است. بنابراین محصولات حاصل که شامل مواد نانومقیاس است. از نظر خواصشان بسیار متنوع و مختلف هستند.
استاندارد 17010 CEN/TS رهنمودهایی برای شناسایی اندازهدهها فراهم میکند تا نانواشیاء، کلوخهها و انبوهههای آنها مشخصهیابی شوند و خواص ویژه مربوط به عملکرد مواد حاوی آنها را تعیین کنند. این استاندارد اندازهدههایی برای مشخصهیابی نانواشیاء بر پایه روشهای جاری متداول مشخصهیابی آنها را توضیح میدهد به دلیل تداخلهای ماتریسهای گوناگون یک پروتکل آمادهسازی نمونه ویژه روش برای جداسازی ذرات مطلوب از ماتریسهای مربوط به آنها اجباری است.
تولید و استفاده از نانومواد ممکن است بین سایر عوارض به افزایش رهایش نانواشیاء به محیط زیست به طور مثال به وسیله ضایعات مایع و جریانهای تولید منجر شود به منظور حصول اطمینان از استفاده پایدار و توسعه فناوری نانو به کنترل و پایش سامانههای نانوماده مطابق کاربرد آن به طور مثال ارزیابی ریسک نیاز است. به این دلیل ضروری است که روشهای اندازهگیری مفیدی برای آشکارسازی و مشخصهیابی نانواشیاء در ماتریسهای به اصطلاح پیچیده همچون مایعات طبیعی، فاضلاب، غذا و لوازم آرایشی شناسایی شوند. مهم است که مشخصات ویژه نانواشیاء شناخته شود تا (کاربران) قادر به شناسایی آنها باشند.
روشهای متعددی برای جزء جزء کردن نانواشیاء بر پایه به طور مثال ته نشینی مایع سانتریفیوژ یا روشهای جدایش برپایه جریان، همچون جزء جزء کردن جریان بر پایه میدان (FFF) ، کروماتوگرافی هیدرودینامیکی و کروماتوگرافی اندازهگزین وجود دارند. معمولاً توزیعهای اندازه ذره به وسیله اندازهگیری غلظت ذره از جزءهای اندازه مختلف به دست میآید.
روشهای تصویربرداری همچون میکروسکوپی الکترونی بعد از آمادهسازی مناسب نمونه آشکارسازی تصویربرداری ذرات تکی را مطابق چندین شاخصه به طور مثال مساحت تابش بلندترین یا کوتاهترین بعد خارجی (نمونه) مجاز میسازد. در مورد روشهای شمارش بعد از رقیقسازی زیاد و معین جریان ذره، فقط ذرات تکی در منطقه آشکارسازی وجود دارند و به طور مثال سیگنالهای وابسته به حجم ذره یا محل تابش ذره میتوانند اندازهگیری و با روش شمارش پراکندگی نور به تعداد ذرات مرتبط شوند.
هنگامی که ذرات بسیار متفاوتی در ناحیه آشکارسازی حضور دارند روشهای همادی، همچون روشهای پراکندگی نور پویا و نور ایستا میتوانند مورد استفاده قرار گیرند به شرطی که پس پراکندگی ذرات محدود باشند. برای مثال آنالیز پراکندگی نورپویا (DLS)، طیفهای سیگنالی با مولفههای وابسته به اندازه تولید می کند. روش DLS میتواند این طیفها را به توزیعهای اندازه ذره وزن دهی شده شدت اولیه تجزیه کند، ولی این مورد فقط برای سامانههای نمونه ساده، با حالتهای اندازه ذره خوب جدایش یافته و با کمک الگوریتمهای پیشرفته صادق است.
روشهای به خوبی تثبیت شده آنالیز اندازه ذره که تاکنون ذکر شده است شناسایی شیمیایی نانواشیاء را پوشش نمیدهد. این استاندارد آشکارسازی نانواشیاء در ماتریسهای مایع پیچیدهای را مطرح میکند که ممکن است حاوی میزان بالای نمکهای معدنی آلودگیهای آلی و ذرات معدنی و آلی بزرگتر و همچنین نانواشیاء پس زمینه طبیعی باشند. بنابراین مهم است که برای هر ذره دو اندازه ده ترکیب شود. نه تنها اندازه برای طبقهبندی به عنوان نانوشی بلکه ترکیببندی عنصری برای تمایز قائل شدن ذرات هدف با یک ترکیب بندی عنصری یا ریخت شناسی از قبل شناخته شده، از ذرات پس زمینه و ماتریس نیاز هستند. هدف این استاندارد آن است که کاربران را راهنمایی کند تا چگونه اندازهگیری اندازه ذره را با شناسایی شیمیایی آن ترکیب کنند.
استاندارد استفاده از سه روش مشخصه یابی اصلی را پیشنهاد میدهد:
– جزء جزء کردن جریان بر پایه میدان به همراه سامانه آشکارسازی چندگانه که اطلاعات مربوط به اندازه و همچنین شناسایی ماده را ارائه میدهد.
– میکروسکوپی الکترونی مجهز به طیف سنجی پرتوی ایکس بر اساس توزیع انرژی (EDX) برای تعیین ترکیب بندی عنصری ذرات و همچنین مقیاسهای هندسی آنها.
– پلاسمای جفت شده القانی تک ذره طیف سنجی جرمی به عنوان سامانه آشکارسازی ویژه عنصری به همراه اطلاعات مربوط به اندازه
برای شناسایی نانواشیاء این استاندارد به دانش قبلی از طبیعت آنها به طور مثال ترکیب بندی عنصری آنها نیاز دارد. همه روشهای پیشنهادی حاضر، اجازه مشخصهیابی درجا را نمیدهند ولی فقط مشخصهیابی دگرجا را ممکن میسازند.
هدف از تدوین این استاندارد
هدف از تدوین این استاندارد تعیین الزامات نمونهبرداری و عملآوری ماتریسهای پیچیده به منظور دستیابی به یک پراکنه مایع با غلظت بالای مناسب از نانواشیاء مطلوب است.
شماره استاندارد ملی ایران:
۲۲۷۷۸
سال انتشار:
1399
فناوری نانو – رهنمود آشکارسازی و شناسایی نانواشیاء در ماتریسهای پیچیده
Nanotechnologies — Guidance on detection and identification of nano —objects in complex matrices
فناوری نانو یک حوزه علمی و فناوری به سرعت در حال توسعه است که بر روی فرایندها و مواد در اندازه نانومقیاس ابعاد ذره تقریبا ( nm ۱ تا nm ۱۰۰) متمرکز شده است. این حوزه چند رشتهای با بازه وسیعی از مواد و کاربردها همچون مراقبتهای بهداشتی فناوری اطلاعات و ارتباطات، تولید و ذخیرهسازی انرژی، علم مواد مهندسی شیمی، ساخت، محافظت زیست محیطی محصولات مصرفی به طور مثال غذا، لوازم آرایشی و غیره است. بنابراین محصولات حاصل که شامل مواد نانومقیاس است. از نظر خواصشان بسیار متنوع و مختلف هستند.
استاندارد 17010 CEN/TS رهنمودهایی برای شناسایی اندازهدهها فراهم میکند تا نانواشیاء، کلوخهها و انبوهههای آنها مشخصهیابی شوند و خواص ویژه مربوط به عملکرد مواد حاوی آنها را تعیین کنند. این استاندارد اندازهدههایی برای مشخصهیابی نانواشیاء بر پایه روشهای جاری متداول مشخصهیابی آنها را توضیح میدهد به دلیل تداخلهای ماتریسهای گوناگون یک پروتکل آمادهسازی نمونه ویژه روش برای جداسازی ذرات مطلوب از ماتریسهای مربوط به آنها اجباری است.
تولید و استفاده از نانومواد ممکن است بین سایر عوارض به افزایش رهایش نانواشیاء به محیط زیست به طور مثال به وسیله ضایعات مایع و جریانهای تولید منجر شود به منظور حصول اطمینان از استفاده پایدار و توسعه فناوری نانو به کنترل و پایش سامانههای نانوماده مطابق کاربرد آن به طور مثال ارزیابی ریسک نیاز است. به این دلیل ضروری است که روشهای اندازهگیری مفیدی برای آشکارسازی و مشخصهیابی نانواشیاء در ماتریسهای به اصطلاح پیچیده همچون مایعات طبیعی، فاضلاب، غذا و لوازم آرایشی شناسایی شوند. مهم است که مشخصات ویژه نانواشیاء شناخته شود تا (کاربران) قادر به شناسایی آنها باشند.
روشهای متعددی برای جزء جزء کردن نانواشیاء بر پایه به طور مثال ته نشینی مایع سانتریفیوژ یا روشهای جدایش برپایه جریان، همچون جزء جزء کردن جریان بر پایه میدان (FFF) ، کروماتوگرافی هیدرودینامیکی و کروماتوگرافی اندازهگزین وجود دارند. معمولاً توزیعهای اندازه ذره به وسیله اندازهگیری غلظت ذره از جزءهای اندازه مختلف به دست میآید.
روشهای تصویربرداری همچون میکروسکوپی الکترونی بعد از آمادهسازی مناسب نمونه آشکارسازی تصویربرداری ذرات تکی را مطابق چندین شاخصه به طور مثال مساحت تابش بلندترین یا کوتاهترین بعد خارجی (نمونه) مجاز میسازد. در مورد روشهای شمارش بعد از رقیقسازی زیاد و معین جریان ذره، فقط ذرات تکی در منطقه آشکارسازی وجود دارند و به طور مثال سیگنالهای وابسته به حجم ذره یا محل تابش ذره میتوانند اندازهگیری و با روش شمارش پراکندگی نور به تعداد ذرات مرتبط شوند.
هنگامی که ذرات بسیار متفاوتی در ناحیه آشکارسازی حضور دارند روشهای همادی، همچون روشهای پراکندگی نور پویا و نور ایستا میتوانند مورد استفاده قرار گیرند به شرطی که پس پراکندگی ذرات محدود باشند. برای مثال آنالیز پراکندگی نورپویا (DLS)، طیفهای سیگنالی با مولفههای وابسته به اندازه تولید می کند. روش DLS میتواند این طیفها را به توزیعهای اندازه ذره وزن دهی شده شدت اولیه تجزیه کند، ولی این مورد فقط برای سامانههای نمونه ساده، با حالتهای اندازه ذره خوب جدایش یافته و با کمک الگوریتمهای پیشرفته صادق است.
روشهای به خوبی تثبیت شده آنالیز اندازه ذره که تاکنون ذکر شده است شناسایی شیمیایی نانواشیاء را پوشش نمیدهد. این استاندارد آشکارسازی نانواشیاء در ماتریسهای مایع پیچیدهای را مطرح میکند که ممکن است حاوی میزان بالای نمکهای معدنی آلودگیهای آلی و ذرات معدنی و آلی بزرگتر و همچنین نانواشیاء پس زمینه طبیعی باشند. بنابراین مهم است که برای هر ذره دو اندازه ده ترکیب شود. نه تنها اندازه برای طبقهبندی به عنوان نانوشی بلکه ترکیببندی عنصری برای تمایز قائل شدن ذرات هدف با یک ترکیب بندی عنصری یا ریخت شناسی از قبل شناخته شده، از ذرات پس زمینه و ماتریس نیاز هستند. هدف این استاندارد آن است که کاربران را راهنمایی کند تا چگونه اندازهگیری اندازه ذره را با شناسایی شیمیایی آن ترکیب کنند.
استاندارد استفاده از سه روش مشخصه یابی اصلی را پیشنهاد میدهد:
– جزء جزء کردن جریان بر پایه میدان به همراه سامانه آشکارسازی چندگانه که اطلاعات مربوط به اندازه و همچنین شناسایی ماده را ارائه میدهد.
– میکروسکوپی الکترونی مجهز به طیف سنجی پرتوی ایکس بر اساس توزیع انرژی (EDX) برای تعیین ترکیب بندی عنصری ذرات و همچنین مقیاسهای هندسی آنها.
– پلاسمای جفت شده القانی تک ذره طیف سنجی جرمی به عنوان سامانه آشکارسازی ویژه عنصری به همراه اطلاعات مربوط به اندازه
برای شناسایی نانواشیاء این استاندارد به دانش قبلی از طبیعت آنها به طور مثال ترکیب بندی عنصری آنها نیاز دارد. همه روشهای پیشنهادی حاضر، اجازه مشخصهیابی درجا را نمیدهند ولی فقط مشخصهیابی دگرجا را ممکن میسازند.
هدف از تدوین این استاندارد
هدف از تدوین این استاندارد تعیین الزامات نمونهبرداری و عملآوری ماتریسهای پیچیده به منظور دستیابی به یک پراکنه مایع با غلظت بالای مناسب از نانواشیاء مطلوب است.