ICS71.100.01 CCS G 60 中华人民共和国国家标准化指导性技术文件 GB/Z43890—2024 纳米技术纳米银性能测试方法指南 Nanotechnologies—Guidelinesforperformancetestmethodofsilvernanomaterials 2024-07-24发布2025-02-01实施国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会发布前言本文件按照GB 1.1—2020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国科学院提出。 本文件由全国纳米技术标准化技术委员会纳米材料分技术委员会(SAC/TC279/SC1)归口。 本文件起草单位:深圳技术大学、张家港耐尔纳米科技有限公司、广东省科学院微生物研究所(广东省微生物分析检测中心)、冶金工业信息标准研究院、江西悦安新材料股份有限公司、江苏集萃先进纤维材料研究所有限公司、深圳市爱杰特医药科技有限公司、中关村汇智抗菌新材料产业技术创新联盟。 本文件主要起草人:陈丽琼、赖璇迪、张峰、谢小保、田子健、李博、周家良、张维旭、陈虎、王萍丽、 李倩、杜平、张迎增、曾雅晶、孙梦寒。 Ⅰ GB/Z43890—2024 纳米技术纳米银性能测试方法指南重要提示:本文件的使用可能涉及某些有危险的材料、操作和设备,但并未对与此有关的所有安全问题都提出建议。使用者在应用本文件之前有责任制定相应的安全和保护措施,并确定相关规章限制的适用性。 1 范围本文件给出了纳米银性能的测试方法指南,包括形貌与尺寸、表/界面特性、光学性能、总银含量、抗菌性能等。 本文件适用于粉体与胶体形态的纳米银。 2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB 6679 固体化工产品采样通则 GB 6680 液体化工产品采样通则 GB 15337 原子吸收光谱分析法通则 GB 19587 气体吸附BET法测定固态物质比表面积 GB 21510—2024 纳米无机材料抗菌性能检测方法及评价 GB 21649.1 粒度分析图像分析法第1部分:静态图像分析法 GB 23942 化学试剂电感耦合等离子体原子发射光谱法通则 GB 29022 粒度分析动态光散射法(DLS) GB 30543 纳米技术单壁碳纳米管的透射电子显微术表征方法 GB 30544.4 纳米科技术语第4部分:纳米结构材料 GB 32671.2 胶体体系 zeta电位测量方法第2部分:光学法 GB 36083—2018 纳米技术纳米银材料生物学效应相关的理化性质表征指南 GB 39486 化学试剂电感耦合等离子体质谱分析方法通则 GB 42208 纳米技术多相体系中纳米颗粒粒径测量透射电镜图像法 HG/T4317—2012 含银抗菌溶液 HJ678 水质金属总量的消解微波消解法 HJ700 水质 65种元素的测定电感耦合等离子体质谱法 HJ781 固体废物 22种金属元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法 JY/T0584 扫描电子显微镜分析方法通则 3 术语和定义 GB 30544.4界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 1 GB/Z43890—2024 3.1 纳米银 silvernanomaterials 三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1nm~100nm)的单质银材料。 注:纳米银包括粉体或胶体形态。 4 缩略语下列缩略语适用于本文件。 AAS:原子吸收光谱(AtomicAbsorptionSpectrometry) DLS:动态光散射(DynamicLightScattering) ICP-AES:电感耦合等离子体原子发射光谱(InductivelyCoupledPlasmaAtomicEmissionSpectrometry) ICP-MS:电感耦合等离子体质谱(InductivelyCoupledPlasmaMassSpectrometry) PDI:多分散系数(ParticleDispersionIndex) SEM:扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscopy) TEM:透射电子显微镜(TransmissionElectronMicroscopy) UV-vis:紫外-可见吸收光谱(Ultraviolet-VisibleAbsorptionSpectrum) 5 测试方法 5.1 总则纳米银的主要特性包括形貌与尺寸、表/界面特性、光学性能、总银含量和抗菌性能等。纳米银的主要特性及测试方法见表1。 表1 纳米银主要特性及测试方法特性测试项目测试内容样品形态测试方法形貌与尺寸 TEM SEM DLS 形貌与尺寸水合粒径及分布粉体a或胶体GB 21649.1、GB 30543、 GB 42208 粉体a或胶体GB 21649.1、JY/T0584 粉体a或胶体GB 29022 表/界面特性zeta电位zeta电位胶体GB 32671.2 比表面积比表面积粉体GB 19587 光学性能UV-vis UV-vis最大吸收峰胶体GB 36083—2018中4.5 总银含量 AAS ICP-AES ICP-MS 总银含量粉体或胶体GB 15337 粉体或胶体GB 23942、HJ781 粉体或胶体GB 39486、HJ700 抗菌性能抗菌试验抗菌对数值或抗菌率粉体或胶体GB 21510—2024附录A、 HG/T4317—2012附录A a 粉体样品需要先分散在溶剂中,然后再进行测量,胶体样品可直接测量。 2 GB/Z43890—2024 5.2 形貌与尺寸 5.2.1 概述纳米银的形貌可用TEM 法或SEM 法进行测试,尺寸可用TEM 法、SEM 法或DLS法进行测试。 DLS法得到粒子尺寸为水合粒径,通常大于TEM 法和SEM 法得到的粒子尺寸。纳米银的形貌与尺寸测试示例见附录A。 5.2.2 TEM 法宜按照GB 30543或GB 42208方法制样并获得样品形貌图像,然后宜按照GB 21649.1方法获得样品的尺寸大小及分布。 5.2.3 SEM 法宜按照JY/T0584方法制样并获得样品形貌图像,然后宜按照GB 21649.1方法获得样品的尺寸大小及分布。 5.2.4 DLS法 DLS法可直接测得样品的水合粒径及分布,样品的制备及测试方法宜按照GB 29022进行。 5.3 表/界面特性 5.3.1 zeta电位宜按照GB 32671.2方法进行测试,测试示例见附录B。 5.3.2 比表面积宜按照GB 19587方法进行测试。 5.4 光学性能 UV-vis的最大吸收峰宜按照GB 36083—2018中4.5规定的方法进行测试,测试示例见附录C。 5.5 总银含量 5.5.1 概述先将纳米银样品消解成离子溶液,定容至一定体积后采用AAS法、ICP-AES法或ICP-MS法测试银离子含量,最后换算成样品总银含量。由于纳米银在溶液中易聚沉,建议配制样品前充分混匀,每一个样品至少测试3个平行样,以保证结果的准确性。纳米银的总银含量测试示例见附录D。 5.5.2 样品消解胶体样品按照一定体积进行取样,粉体样品按照一定质量进行取样。样品的消解宜按照HJ678、 HJ700或HJ781方法进行。 5.5.3 总银含量的测试方法 5.5.3.1 AAS法仪器要求及测定方法宜按照GB 15337进行。 3 GB/Z43890—2024 5.5.3.2 ICP-AES法仪器要求宜符合GB 23942的规定,测定方法宜按照HJ781进行。 5.5.3.3 ICP-MS法仪器要求宜符合GB 39486的规定,测定方法宜按照HJ700进行。 5.5.4 加标回收率将银标准溶液当作样品,按照5.5.2和5.5.3的步骤进行操作,加标回收率宜为80%~120%。 5.6 抗菌性能抗菌性能是纳米银作为抗菌剂应用的一个重要技术参数,其与纳米银的尺寸大小、比表面积、总银含量等因素相关,宜按照GB 21510—2024附录A 或HG/T4317—2012附录A 规定的方法进行测试。 6 采样选择粉体或胶体形态的纳米银作为代表性测试样品。粉体和胶体样品的采样分别宜按照 GB 6679、GB 6680方法进行。 7 试验报告试验报告至少包括下列内容: a) 试样来源及信息; b) 测试依据的文件编号及名称; c) 测试方法; d) 测试结果; e) 测试日期; f) 在试验中观察到的异常现象。 4 GB/Z43890—2024 附录 A (资料性) 纳米银形貌与尺寸测试示例 A.1 纳米银纳米银胶体溶液(样品1、样品2)、纳米银粉(样品3)、纳米银线(样品4)。 A.2 仪器和设备 A.2.1 超声波:波功率900W,超声波频率40kHz。 A.2.2 移液器:量程10μL,20μL,1mL。 A.2.3 TEM:加速电压200kV。 A.2.4 SEM:加速电压15.0kV。 A.2.5 DLS。 A.3 测试步骤 A.3.1 TEM 法:将样品1和样品2分别用超纯水稀释至2μg/mL、5μg/mL,超声15min后(可直接制样)用于制样。用移液器分别吸取6μL上述溶液滴在铜网上,沉降吸附20min后,用滤纸将多余溶液吸干,待铜网自然晾干后进行TEM 测试。 A.3.2 SEM 法:将样品1和样品2分别用超纯水稀释至20μg/mL、50μg/mL,并超声15min(可直接制样)后用于制样。将样品3和样品4分别用超纯水分散至20μg/mL的水溶液,并分别超声20min、 15min后用于制样。用移液器分别吸取20μL样品溶液滴于硅片基底上,室温下自然晾干后分别进行 SEM 测试。 A.3.3 DLS法:将样品1和样品2分别用超纯水稀释至2μg/mL、5μg/mL,超声15min(可直接测试) 后待测。将样品3用超纯水分散到20μg/mL的水溶液,超声20min后待测。分别将样品1、样品2和样品3的待测液加入DLS专用散射池中,在激发波长633nm、散射角173°、平衡时间120s的条件下进行测试,每个样品重复测试三次。 A.4 测试结果 TEM 法、SEM 法和DLS法的测试结果分别如图A.1、图A.2和图A.3所示。其中,TEM 法和 SEM 法得到的粒径大小及分布是通过测量相同或不同视野下不少于100个颗粒的直径,计算颗粒的平均直径及直径的标准偏差得到,用A ±SD表示(其中A 代表平均直径、SD代表标准偏差);DLS法的粒径大小及分布由DLS仪直接获得。四种纳米银的形貌与尺寸测试结果如表A.1所示。 5 GB/Z43890—2024 表A.1 四种纳米银的形貌与尺寸测试结果测试样品测试结果 TEM 法SEM 法DLS法样品1 形貌:球形尺寸:21.3nm±3.7nm 形貌:球形尺寸:22.5nm±3.9nm 29.8nm±9.8nm PDI=0.36±0.03 样品2 形貌:球形尺寸:7.2nm±2.4nm 形貌:球形尺寸:12.1nm±6.0nm 13.2nm±3.7nm PDI=0.33±0.01 样品3 — 纳米聚集体,一个聚集体由多个<100nm 的纳米颗粒组成 377.6nm±156.1nm PDI=0.43±0.09 样品4 — 纳米线— 注:“—”表示未测试。 a) 样品1的TEM 图b) 样品1的尺寸分布图 c) 样品2的TEM 图d) 样品2的尺寸分布图图A.1 两种纳米银的TEM 法测试结果 6 GB/Z43890—2024 a) 样品1的SEM 图b) 样品1的尺寸分布图 c) 样品2的SEM 图d) 样品2的尺寸分布图 e) 样品3的SEM 图f) 样品4的SEM 图图A.2 四种纳米银的SEM 法测试结果 a) 样品1 b) 样品2 c) 样品3 图A.3 三种纳米银的DLS法测试结果 7 GB/Z43890—2024 附录 B (资料性) 纳米银zeta电位测试示例 B.1 纳米银纳米银胶体溶液(样品1、样品2)、纳米银粉(样品3)。 B.2 仪器和设备 B.2.1 超声波:波功率900W,超声波频率40kHz。 B.2.2 移液器:量程10μL,20μL,50μL,1mL,10mL。 B.2.3 DLS仪。 B.3 测试步骤 B.3.1 zeta电位值会受到温度、酸碱度、样品浓度和黏度等测量条件的影响。纳米银制备过程中使用的稳定剂、封端剂,如柠檬酸盐、聚乙烯吡咯烷酮等也会对zeta电位产生影响。 B.3.2 分别将样品1和样品2用超纯水稀释至20μg/mL、50μg/mL,超声15min后作为待测样品。 样品3用超纯水分散??-20μg/mL的水溶液,超声20min后作为待测样品。 B.3.3 分别将三个待测样品溶液加入zeta电位样品池中,采用带zeta电位功能的DLS仪进行测试,平衡时间设置为120s,每个样品重复测试三次。 B.4 测试结果样品1:13.0mV±0.2mV。 样品2:5.5mV±0.6mV。 样品3:46.5mV±11.6mV。 8 GB/Z43890—2024 附录 C (资料性) 纳米银UV-vis最大吸收峰测试示例 C.1 纳米银纳米银胶体溶液(样品1、样品2)。 C.2 仪器和设备 C.2.1 超声波:波功率900W,超声波频率40kHz。 C.2.2 移液器:量程10μL,20μL,50μL,1mL。 C.2.3 UV-vis:波长范围200nm~900nm。 C.3 测试步骤分别将样品1和样品2用超纯水稀释至不同浓度,然后超声15min后作为待测样品。用移液器将样品溶液加入到石英比色池中,在UV-vis中进行测试。 C.4 测试结果样品1的UV-vis在412nm 处有最大吸收,如图C.1a)所示。 样品2的UV-vis在405nm 处有最大吸收,如图C.1b)所示。 a) 样品1 b) 样品2 图C.1 两种纳米银的UV-vis测试结果 9 GB/Z43890—2024 附录 D (资料性) 纳米银总银含量测试示例 D.1 纳米银材料纳米银胶体溶液(样品1、样品2)。 D.2 仪器和设备 D.2.1 石墨消解仪。 D.2.2 移液器:量程100μL,1mL,5mL,10mL。 D.2.3 AAS。 D.2.4 ICP-AES。 D.2.5 ICP-MS。 D.3 测试步骤将样品1和样品2用石墨消解仪在聚四氟乙烯管内进行样品消解。用移液器移取100μL样品至聚四氟乙烯管中,加入1mL浓硝酸,按照表D.1中的消解程序进行消解。 表D.1 纳米银的消解程序步骤升(降)温时间/min 温度/℃ 保持时间/min 1 10 120 10 2 5 160 30 3 5 190 120 4 — 室温— 消解完成后的样品用2%(m/m )的稀硝酸定容至50mL,再用2%的稀硝酸分别稀释至10倍、 100倍待测,以保证样品浓度在仪器优化检测范围内。每个样品准备三个平行样,1mL浓硝酸作为空白样。 以 2%(m/m )稀硝酸为溶剂,配制不同浓度银标准物质工作溶液,分别建立银标准工作曲线。对于 AAS法和ICP-AES 法,银标准工作曲线的浓度为0.1 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L、5.0 mg/L、 10mg/L,对于ICP-MS法,银标准工作曲线的浓度为1.0μg/L、5.0μg/L、10.0μg/L、50.0μg/L、 100.0μg/L。 测量时,先测试标准工作溶液,再测试样品。测试结果换算成总银含量。 D.4 测试结果 AAS法测得的银离子标准工作曲线如图D.1所示,线性方程为y=-0.00055+0.27869x,相关系数R2 为0.99995。ICP-AES法测得的银离子标准工作曲线如图D.2所示,线性方程为y=-92.28+ 79349.60x,相关系数R2 为0.99996。ICP-MS法测得的银离子标准工作曲线如图D.3所示,线性方程为y=2177.98+11331.78x,相关系数R2 为0.99999。三种方法测得的样品1和样品2的总银含量及相对标准偏差(RSD)如表D.2所示。 10 GB/Z43890—2024 表D.2 两种纳米银的总银含量测试结果样品名称总银含量 mg/mL 平均总银含量 mg/mL 相对标准偏差(RSD) % AAS ICP-AES ICP-MS AAS ICP-AES ICP-MS AAS ICP-AES ICP-MS 样品1 试样1 3.24 2.96 3.21 试样2 3.25 3.31 3.32 试样3 3.23 3.30 3.34 3.24 3.19 3.29 0.3 6.2 2.1 样品2 试样1 1.10 1.10 1.01 试样2 1.24 1.13 1.02 试样3 1.14 1.21 1.03 1.16 1.14 1.02 6.2 5.0 1.0 图D.1 AAS法测得的银离子标准工作曲线图D.2 ICP-AES法测得的银离子标准工作曲线 11 GB/Z43890—2024 图D.3 ICP-MS法测得的银离子标准工作曲线 12 GB/Z43890—2024 参考文献 [1] S.Agnihotri,S.Mukherji,S.Mukherji,Size-controlledsilvernanoparticlessynthesized overtherange5-100nmusingthesameprotocolandtheirantibacterialefficacy,RscAdvances,4(8) (2014)3974-3983. [2] S.Lin,X.P.Bai,H.Y.Wang,H.L.Wang,J.N.Song,K.Huang,C.Wang,N. Wang,B.Li,M.Lei,H.Wu,Roll-to-RollProductionofTransparentSilver-Nanofiber-NetworkElectrodesforFlexibleElectrochromicSmartWindows, AdvancedMaterials,29(41)(2017)1703238. [3] S.Ahmed,M.Ahmad,B.L.Swami,S.Ikram,Areviewonplantsextractmediatedsynthesisofsilvernanoparticlesforantimicrobialapplications: Agreenexpertise,JournalofAdvanced Research,7(1)(2016)17-28. [4] G.Franci,A.Falanga,S.Galdiero,L.Palomba,M.Rai,G.Morelli,M.Galdiero,Silver NanoparticlesasPotentialAntibacterialAgents,Molecules20(5)(2015)8856-8874. 13 GB/Z43890—2024
