纳米微粒可以安全操控

Klaus Jopp 0 2020-05-27

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纳米微粒微型燃料池

纳米技术在工业领域的应用渐成热点,市场空间也很大,与此同时,纳米微粒的安全问题也成为业界关注的焦点

纳米小方块作为氢的存贮介质，BASF这一研究成果可能使未来的微型燃料池获得流动性。

纳米技术在工业领域的应用渐成热点，市场空间也很大，与此同时，纳米微粒的安全问题也成为业界关注的焦点，日前，联邦环保局的一则报道便引发了关于纳米技术在工业应用中的风险问题的讨论。

本文介绍了纳米微粒的检测方法以及对纳米微粒的安全研究，试验表明，纳米微粒是可以安全操控的。

德国与美国、日本及韩国是当前纳米工业技术领域内全球的领导者。联邦德国这一研究的良好态势得益于拥有优秀的研发基地，以及推行技术革新的化学企业与全球性工业用户之间的良好联系。

一般说来，经济发展对纳米技术在工业中的应用有很高的期望值。Evonik公司与BASF公司正在合作开发纳米技术应用的项目，该项目协调员Markus Pridoehl 博士总结说：“按照不同的研究报告的估计，纳米工业技术终端产品的市场潜值预计到2015年可达5000亿至30000亿美元”。而此产业最重要的环节是产品的安全问题，以及需要开发应用新的方法和程序，以适应这些超细微粒的特殊情况和进行结构计算。

超细微粒的检测

在大多数情况下，金属氧化物的纳米级材料都是在密封的设备中进行制备和分装的，特殊情况下还要引入辅助性设备，例如局部抽气装置以及采用测量仪器来检测微粒的辐射，同时注意外部环境的影响。纳米颗粒物的浓度与产品本身的生产无关，在一个发烟的空间，1cm3中就含有大约100万个微粒，而在一条繁忙的街道上，1cm3的空间也含有约10万个微粒。应用最广的测定纳米级粒子数的方法是粒子计数器 CPC。采用这一方法可以测出微粒的数目，但不能测定微粒的大小（可能介于10~1000nm之间）或其化学组成。检测系采用光散射法，CPC法经常带有前置的分级器。扫描式微移动粒径分析仪SMPS是用于测量粒径10~350nm之间微粒大小的常用仪器，此外，该产品还可以对颗粒进行分类，并直接给出微粒在测量范围内的粒径分配图像。

为了对大于100nm的微粒及其聚合体进行在线化学分析，可以采用气溶胶质谱法。而离线分析方法可采用电子显微镜（TEM/REM）来测定其大小、形态和微粒结构。BASF公司微粒技术和颗粒物检测技术开发项目组长Bernd Sachweh 教授介绍说：“为了制备既定目标产物，我们运用了一种聚焦离子辐射技术，简称FIB。所采用的3D-TEM即三维透射电子显微镜，就是在BASF研发过程中付诸应用的”。另外采用了一种涉及微粒元素空间分配解析的材料分析方法——能量离散X-荧光分析法，但是此法只能在有限的条件下进行。纳米气溶胶进样器（NAS），可以让1~1000nm之间的微粒，以平行于扫描式微移动粒径分析仪的方式，在三维透射电子显微镜的格子上离析出来，然后采用TEM/EDX（三维透射电子显微镜/能量离散X-荧光分析法）就其形态和元素组成进行鉴定。

寿命很短的纳米粒子

依照定义，纳米粒子均小于100nm且各方面具有高度活性。也就意味着，它们在制备过程中作为中间产物而产生，而在该过程中，还能互相反应结合成较大而稳定的聚合物。Evonik 公司无机材料产品安全部负责人Rudolf Weinnand 博士解释说：“初级纳米粒子是借助于化学键互相结合的，其聚合物则是通过范德华力形成微米级凝聚物，因而这种特殊的微粒行为带来的风险是很小的”。利用三维透射电子显微镜，可以清晰地证实这些位于火焰反应器中短短几毫秒内所生成的聚合物和微米级凝聚物。

关注纳米微粒的安全

全球首次微粒测量是碳黑工业2000年在国际工业协会（ICBA）的支持下进行的。测量结果表明：在正常的生产企业里，工作场地的微粒浓度近似或小于其环境空气中的浓度，而且并未测到制造纳米微粒（至少是原级）时产生的显著辐射。尽管如此，工业界还是在联邦教育和研究部的支持下加强了有关的安全研究。

在NANOCARE项目中，2006年3月~2007年7月，化学工业企业会同大学和研究所对纳米粒子的聚合物和微米级凝聚物的行为以及这些形成物的稳定性进行了研究。在此基础上，该项目还借助于改良的材料作为基准物质，对微粒和气溶胶的测量方法进行了比较。

与此同时，工业界还进一步参与了其他具有类似目标的项目，例如Nanosafe II（纳米安全项目II）、Nanoderm（皮肤对超细粒子的阻碍作用）、Tracer（示踪剂）。国际标准化组织（ISO）和德国工业标准（DIN）正在各自地进行有关劳动保护测量方法的标准化，包括取样、样品制备、监控以及标准材料等。

内容来源：实验与分析

责任编辑：展源

审　　核：何发