"ГОСТ ISO/TS 80004-2-2017. Межгосударственный стандарт. Нанотехнологии. Часть 2. Нанообъекты. Термины и определения"
(введен в действие Приказом Росстандарта от 26.12.2017 N 2093-ст)

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении" (ВНИИНМАШ) на основе собственного перевода на русский язык документа, указанного в пункте 5

2 ВНЕСЕН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 441 "Нанотехнологии"

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 30 ноября 2017 г. N 52-2017)

За принятие проголосовали:

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 26 декабря 2017 г. N 2093-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ISO/TS 80004-2-2017 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июля 2018 г.

5 Настоящий стандарт идентичен международному документу ISO/TS 80004-2:2015 "Нанотехнологии. Словарь. Часть 2. Нанообъекты" ("Nanotechnologies - Vocabulary - Part 2: Nano-objects", IDT).

Международный документ разработан техническим комитетом по стандартизации ISO/TC 229 "Нанотехнологии" Международной организации по стандартизации (ISO).

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного документа для приведения в соответствие с ГОСТ 1.5 (подраздел 3.6)

6 ВЗАМЕН ГОСТ ISO/TS 27687-2014

По различным прогнозам прикладные нанотехнологии будут востребованы во всех сферах человеческой жизни. В области информационно-коммуникационных технологий, здравоохранении, машиностроении, материаловедении и наукоемких технологий существует потребность в обеспечении специалистов промышленных и исследовательских организаций нормативными техническими инструментами, в том числе соответствующей терминологией, содействующими развитию и применению нанотехнологии. Также важно, чтобы организации, занимающиеся охраной здоровья человека и защитой окружающей среды, были обеспечены доступными и надежными стандартизованными методами измерений.

Для обозначения объектов в области нанотехнологии специалисты применяют наименования сходных по форме объектов макромира и объектов, встречающихся в повседневной жизни, добавляя к термину приставку "нано-" (приставку "нано-" применяют в Международной системе единиц (СИ) и обозначают 10^-9, например, 1 нм = 10^-9 м). Таким образом, был сформулирован термин "нанодиапазон" (2.1) для обозначения интервала значений линейных размеров приблизительно от 1 до 100 нм.

С целью разработки единой терминологической системы с иерархически взаимосвязанными терминами в области нанотехнологии в настоящий стандарт, являющийся частью серии стандартов ISO/TS 80004, включены термины и определения понятий, относящихся к нанообъектам. Термины и определения, установленные в настоящем стандарте, предназначены для обеспечения взаимопонимания между организациями и отдельными специалистами, осуществляющими свою деятельность в области нанотехнологии.

Объекты, у которых внешние размеры по одному, двум или трем измерениям находятся в нанодиапазоне, могут иметь свойства, делающие их основными компонентами, улучшающими функциональные и эксплуатационные характеристики материалов и изделий. Нанообъекты (2.2) обычно имеют свойства, отличные от свойств объектов с размерами, превышающими нанодиапазон. К таким свойствам относят новые свойства, проявляющиеся только у нанообъектов, периодически проявляющиеся свойства или свойства, преобразованные из свойств объектов с размерами, превышающими нанодиапазон.

Размеры и форма нанообъектов влияют на их свойства, поэтому описание формы и измерение размеров нанообъектов являются важными для применения наноматериалов. Сведения о размерах и формах нанообъектов должны быть подробно изложены изготовителем в сопроводительной документации.

На рисунке 1 представлены условные изображения форм трех основных нанообъектов, термины и определения которых установлены в настоящем стандарте.

В соответствии с вышеуказанными формами осуществляют классифицирование нанообъектов. В настоящем стандарте также приведены термины и определения нанообъектов, имеющих другие формы.

Нанообъекты, кроме основных характеристик размеров и формы, имеют и другие характеристики, например морфологическое строение, кристаллическую структуру и особенности поверхности, которые оказывают влияние на проявление нанообъектами различных свойств, таких как магнитные, оптические, каталитические и электронные свойства.

Некоторые нанообъекты имеют один или несколько внешних линейных размеров, превышающих нанодиапазон. Вследствие наличия у объекта одного или нескольких внешних линейных размеров, значительно превышающих нанодиапазон, может возникнуть затруднение по вопросу отнесения такого объекта к нанообъектам. Например, у углеродных нанотрубок длина может достигать нескольких миллиметров, но в соответствии с определением, установленным в настоящем стандарте, нанотрубки отнесены к нанообъектам. От размеров и форм нанообъектов зависит степень риска их вредного воздействия на организм человека при проникновении нанообъектов через дыхательные пути или другими способами.

В области сыпучих материалов использованы разнообразные подходы к их классифицированию и установлению терминов и определений, которые также могут быть применены и к нанообъектам. Для обозначения размеров частиц (3.1) различных фракций в промышленности и научных кругах специалисты применяют такие термины, как "крупный", "мелкий" и "ультрамелкий". Аэрозольные частицы и ультрамелкие частицы сыпучих материалов относят к частицам фракции PM0,1, то есть твердым частицам, размер аэродинамического диаметра которых составляет не более 100 нм включительно. К мелким частицам фракции PM2,5 относят частицы, размер аэродинамического диаметра которых составляет не более 2,5 мкм включительно, а к крупным частицам (фракции PM10) относят частицы, размер аэродинамического диаметра которых составляет не более 10 мкм включительно. Данные диапазоны размеров частиц используют в нормативных документах для оценки риска, связанного с вредным воздействием различных материалов на окружающую среду и организм человека, в том числе веществ, образующихся при эксплуатации дорожного транспорта, в результате выбросов промышленных предприятий, извержений вулканов, пыльных бурь или представляющих собой аллергены природного происхождения, переносимые по воздуху, например пыльцу.

В настоящем стандарте термины и определения нанообъектов сформулированы с учетом их форм и размеров. Наименования и определения некоторых нанообъектов учитывают их структуру, морфологическое строение или функциональные характеристики. Настоящий стандарт не распространяется на методы измерений, применяемые для определения размеров нанообъектов и распределения их по размерам, а также связанные с данными характеристиками показатели предельно допустимых концентраций, зависящие от размеров, формы, морфологического строения и характеристик поверхности нанообъектов.

В настоящем стандарте термины и определения установлены с учетом иерархических взаимосвязей между понятиями. Фрагмент иерархической взаимосвязи понятий, относящихся к нанообъектам, представлен на рисунке 2.

Установленные в настоящем стандарте термины расположены в систематизированном порядке, отражающем систему понятий в области нанотехнологий, относящуюся к нанообъектам.

Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин.

Термины-синонимы приведены в качестве справочных данных и не являются стандартизованными.

Приведенные определения можно при необходимости изменять, вводя в них произвольные признаки, раскрывая значения используемых в них терминов, указывая объекты, относящиеся к определенному понятию. Изменения не должны нарушать объем и содержание понятий, определенных в настоящем стандарте.

В стандарте приведены эквиваленты стандартизованных терминов на английском языке.

В стандарте приведен алфавитный указатель терминов на русском языке, а также алфавитный указатель эквивалентов терминов на английском языке.

Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткие формы, представленные аббревиатурой, и иноязычные эквиваленты - светлым, синонимы - курсивом.

Настоящий стандарт является частью серии стандартов ISO/TS 80004 и устанавливает термины и определения понятий, относящихся к нанообъектам. В приложении A приведены рекомендации по определению размеров частиц, в приложении B - дополнительные сведения об агломератах, агрегатах и частицах-компонентах.

Нанообъекты, например наночастицы, нановолокна и нанопластины (см. раздел 4), обычно образуются не по отдельности, а в виде (иногда большой) группы. Такие группы нанообъектов сосуществуют благодаря энергии взаимодействия. Для описания взаимодействия нанообъектов применяют термины, не связанные с их физическими размерами и формами. В настоящем разделе приведены термины, описывающие взаимодействия нанообъектов.

Размеры частиц - основная характеристика материалов с дисперсным составом. Точность измерений размеров частиц зависит от ряда факторов.

Промышленные частицы и частицы природного происхождения, находясь в совокупности, представляют собой материал с дисперсным составом, для применения которого необходимо определить такие его характеристики как распределение частиц по размерам, форма частиц, морфологическое строение и состав. Для получения достоверных результатов измерений должна быть отобрана представительная проба, содержащая необходимое число частиц для определения соответствующих характеристик материала. При отборе и подготовке проб, выполнении измерений следует учитывать, что на результаты измерений оказывают влияние условия окружающей среды. Например, отбор и подготовку проб осуществляют путем осаждения частиц из жидкой или газовой фазы на поверхность подложки в одной среде, а измерения выполняют методом электронной микроскопии в вакууме. Также, следует учитывать, что при перемещении пробы из одной среды в другую могут произойти изменения характеристик испытуемого материала, а под воздействием различных сред - необратимые изменения его физико-химических свойств. Например, полулетучие вещества могут перейти в газовую фазу, а под воздействием сдвиговых сил в процессе измерений в сопле каскадного импактора может произойти разрушение агломератов частиц.

Результаты измерений размеров частиц зависят от метода, применяемого для определения их характеристик или получения изображений. Размеры частиц определяют одним или несколькими методами, основанными на определенных физических явлениях, эффективность измерений которых зависит от размеров испытуемых частиц. Примеры методов измерений характеристик нанообъектов: определение скорости диффузии в жидкости; определение электрофоретической подвижности в газовой среде; определение удельной площади поверхности материала методом Брунауэра, Эммета и Теллера (методом БЭТ). В соответствии со своими физическими и химическими свойствами частицы вступают во взаимодействие с окружающей средой, поэтому результаты измерений размеров частиц, полученные с помощью одного метода, могут отличаться от результатов измерений, полученных с помощью другого метода.

Для определения размеров частиц с одинаковыми характеристиками и структурой применяют один и тот же метод измерений, наименование которого соответствует наименованию измеряемой характеристики. Например, для определения характеристик ультрамелких частиц, используют такой же метод измерений, что и для частиц с эквивалентным диаметром менее 100 нм. При определении эквивалентного диаметра частиц с неизвестными структурой и формой считают, что структура частиц условно известна, и частица является сферической. С помощью прибора инерционного типа определяют аэродинамический диаметр частицы, который считают эквивалентным диаметром, и вычисляют его как для сферической частицы с единичным удельным весом, имеющей соответствующую скорость осаждения. Однако такой подход к методам измерений характеристик частиц может привести к недопустимому применению термина "ультрамелкая частица" взамен термина "наночастица".

Дополнительная сложность состоит в том, что даже при использовании конкретного метода для определения одной и той же характеристики результат будет зависеть от способа обработки полученной информации. Например, применение различных методов анализа изображений объектов, получаемых с помощью микроскопа. Выполняя анализ изображений одного и того же испытуемого материала различными методами, получают сведения о максимальных и минимальных линейных размерах частиц. При этом следует учитывать, что эти линейные размеры частиц являются разными характеристиками. При определении линейных размеров частиц в протоколах следует указывать применяемые метод измерений и способ обработки полученных результатов [5].

При определении такой характеристики материала как распределение частиц по размерам следует применять статистические методы обработки результатов измерений, например оценку статистического распределения результатов в рядах измерений с описанием средних и стандартных отклонений. Статистические методы обработки результатов измерений следует выбирать в соответствии с требованиями, предъявляемыми к конкретному методу измерений.

Такую характеристику материала как концентрация частиц определяют оптическими методами. Счетную концентрацию частиц определяют методом с применением оптического счетчика частиц. Объемную концентрацию частиц определяют методами ультразвуковой спектроскопии или методами, основанными на интенсивности рассеяния излучения, при этом характер рассеяния зависит от соотношения между длиной волны излучения и линейными размерами частиц. В программное обеспечение оборудования, применяемого для обработки результатов измерений, следует включать данные об измеряемой характеристике материала, то есть указывать какую концентрацию частиц необходимо определить - счетную или объемную.

Определение размеров частиц - сложная проблема, возникающая из-за наличия большого числа различных косвенных методов измерений, что затрудняет сравнение результатов, полученных в разных лабораториях, применяющих различные методы измерений, особенно при отсутствии эталонных образцов. Из-за описанных выше проблем для большинства методов, применяемых для определения размеров частиц, не может быть обеспечена метрологическая прослеживаемость результатов измерений до единицы СИ.

Результаты определения размеров частиц следует фиксировать в протоколе вместе с подробным описанием используемого метода измерений. Область применения данных о размерах частиц материала зависит от используемого метода измерений, например для установления требований к продукции или определения степени вредного воздействия на организм человека.

В рамках технического комитета ISO/TC 24 "Сита, просеивание и другие методы определения гранулометрического состава" подкомитетом SC 4 "Определение характеристик частиц" разработаны международные стандарты на конкретные методы измерений, применяемые для определения характеристик частиц, и международные стандарты, устанавливающие требования к представлению результатов измерений.

Разработку международных стандартов в конкретных областях применения материалов с дисперсным составом в соответствии с областью деятельности осуществляют подкомитет SC 2 "Атмосфера рабочих мест" технического комитета ISO/TC 146 "Качество воздуха" и технический комитет ISO/TC 209 "Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды".

Термины и определения понятий, относящихся к размерам частиц, установлены и в других международных стандартах ISO. Ниже приведены термины и определения понятий, необходимые для понимания текста настоящего стандарта.

На рисунке B.1 приведены условные изображения отдельной частицы и частиц-компонентов, образующих агрегаты и агломераты.