ISO/TS 80004-6:2013
(Main)Nanotechnologies — Vocabulary — Part 6: Nano-object characterization
Nanotechnologies — Vocabulary — Part 6: Nano-object characterization
ISO/TS 80004-6:2013 lists terms and definitions relevant to the characterization of nano-objects.
Nanotechnologies — Vocabulaire — Partie 6: Caractérisation des nano-objets
L'ISO/TS 80004-6:2013 donne la liste des termes et définitions applicables à la caractérisation des nano-objets.
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TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 80004-6
First edition
2013-11-01
Nanotechnologies — Vocabulary —
Part 6:
Nano-object characterization
Nanotechnologies — Vocabulaire —
Partie 6: Caractérisation d’un nano-objet
Reference number
ISO/TS 80004-6:2013(E)
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ISO 2013
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ISO/TS 80004-6:2013(E)
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ISO/TS 80004-6:2013(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 General terms . 1
3 Terms related to size and shape measurement . 3
3.1 Terms related to measurands for size and shape . 3
3.2 Terms related to scattering techniques . 4
3.3 Terms related to aerosol characterization . 5
3.4 Terms related to separation techniques . 6
3.5 Terms related to microscopy . 7
3.6 Terms related to surface area measurement .10
4 Terms related to chemical analysis .11
5 Terms related to measurement of other properties .15
5.1 Terms related to mass measurement .15
5.2 Terms related to crystallinity measurement .16
5.3 Terms related to charge measurement in suspensions .16
Annex A (informative) Index .18
Bibliography .23
© ISO 2013 – All rights reserved iii
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ISO/TS 80004-6:2013(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2. www.iso.org/directives
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received. www.iso.org/patents
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical Barriers
to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
ISO/TS 80004-6 was prepared jointly by Technical Committee ISO/TC 229, Nanotechnologies and
Technical Committee IEC/TC 113, Nanotechnology standardization for electrical and electronic products
and systems. The draft was circulated for voting to the national bodies of both ISO and IEC.
Documents in the 80000 to 89999 range of reference numbers are developed by collaboration
between ISO and IEC.
ISO/TS 80004 consists of the following parts, under the general title Nanotechnologies — Vocabulary:
— Part 1: Core terms
— Part 3: Carbon nano-objects
— Part 4: Nanostructured materials
— Part 5: Nano/bio interface
— Part 6: Nano-object characterization
— Part 7: Diagnostics and therapeutics for healthcare
— Part 8: Nanomanufacturing processes
The following parts are under preparation:
1)
— Part 2: Nano-objects: Nanoparticle, nanofibre and nanoplate
— Part 9: Nano-enabled electrotechnical products and systems
— Part 10: Nano-enabled photonic components and systems
— Part 11: Nanolayer, nanocoating, nanofilm, and related terms
1) Revision of ISO/TS 27687:2008, Nanotechnologies — Terminology and definitions for nano-objects —
Nanoparticle, nanofibre and nanoplate.
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ISO/TS 80004-6:2013(E)
— Part 12: Quantum phenomena in nanotechnology
Graphene and other two dimensional materials will form the subject of a future Part 13.
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ISO/TS 80004-6:2013(E)
Introduction
Measurement and instrumentation techniques have effectively opened the door to modern
nanotechnology. Characterization is key to understanding the properties and function of all nano-objects.
Nano-object characterization involves interactions between people with different backgrounds and
from different fields. Those interested in nano-object characterization might, for example, be materials
scientists, biologists, chemists or physicists and might have a background that is primarily experimental
or theoretical. Those making use of the data extend beyond this group to include regulators and
toxicologists. To avoid any misunderstandings, and to facilitate both comparability and the reliable
exchange of information, it is essential to clarify the concepts, to establish the terms for use and to
establish their definitions.
The terms are classified under the following broad headings:
— Clause 2: General terms
— Clause 3: Terms related to size and shape measurement
— Clause 4: Terms related to chemical analysis
— Clause 5: Terms related to measurement of other properties
These headings are intended as guide only, as some techniques can determine more than one property.
Subclause 3.1 lists the overarching measurands that apply to the rest of Clause 3. Other measurands are
more technique specific and are placed in the text adjacent to the technique.
It should be noted that most techniques require analysis in a non-native state and involve sample
preparation, for example placing the nano-objects on a surface or placing it in a specific fluid or vacuum.
This could change the nature of the nano-objects.
The order of the techniques in this document should not be taken to indicate a preference and the
techniques listed in this document are not intended to be exhaustive. Equally, some of the techniques
listed in this document are more popular than others in their usage in analysing certain properties of
nano-objects. Table 1 lists alphabetically the main current techniques for nano-object characterization.
Table 1 — Alphabetical list of main current techniques for nano-object characterization
Property Current main techniques
Size atomic force microscopy (AFM), centrifugal liquid sedimentation (CLS), differential
mobility analysing system (DMAS), dynamic light scattering (DLS), scanning electron
microscopy (SEM), particle tracking analysis (PTA), transmission electron microscopy
(TEM)
Shape atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM), transmission
electron microscopy (TEM)
Surface area Brunauer-Emmett-Teller (BET) method
‘Surface’ chemistry secondary ion mass spectrometry (SIMS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)
Chemistry of the inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), nuclear magnetic resonance
‘bulk’ sample spectroscopy (NMR)
Charge in suspensions zeta potential
This document is intended to serve as a starting reference for the vocabulary that underpins measurement
and characterization efforts in the field of nanotechnologies.
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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 80004-6:2013(E)
Nanotechnologies — Vocabulary —
Part 6:
Nano-object characterization
1 Scope
This Technical Specification lists terms and definitions relevant to the characterization of nano-objects.
2 General terms
2.1
nanoscale
size range from approximately 1 nm to 100 nm
Note 1 to entry: Properties that are not extrapolations from a larger size will typically, but not exclusively, be
exhibited in this size range. For such properties the size limits are considered approximate.
Note 2 to entry: The lower limit in this definition (approximately 1 nm) is introduced to avoid single and small
groups of atoms from being designated as nano-objects (2.2) or elements of nanostructures, which might be
implied by the absence of a lower limit.
[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2010, definition 2.1]
2.2
nano-object
material with one, two or three external dimensions in the nanoscale (2.1)
Note 1 to entry: Generic term for all discrete nanoscale objects.
[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2010, definition 2.5]
2.3
nanoparticle
nano-object (2.2) with all three external dimensions in the nanoscale (2.1)
Note 1 to entry: If the lengths of the longest to the shortest axes of the nano-object differ significantly (typically
by more than three times), the terms nanofibre (2.6) or nanoplate (2.4) are intended to be used instead of the term
nanoparticle.
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, definition 4.1]
2.4
nanoplate
nano-object (2.2) with one external dimension in the nanoscale (2.1) and the two other external
dimensions significantly larger
Note 1 to entry: The smallest external dimension is the thickness of the nanoplate.
Note 2 to entry: The two significantly larger dimensions are considered to differ from the nanoscale dimension
by more than three times.
Note 3 to entry: The larger external dimensions are not necessarily in the nanoscale.
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, definition 4.2]
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ISO/TS 80004-6:2013(E)
2.5
nanorod
solid nanofibre (2.6)
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, definition 4.5]
2.6
nanofibre
nano-object (2.2) with two similar external dimensions in the nanoscale (2.1) and the third dimension
significantly larger
Note 1 to entry: A nanofibre can be flexible or rigid.
Note 2 to entry: The two similar external dimensions are considered to differ in size by less than three times and
the significantly larger external dimension is considered to differ from the other two by more than three times.
Note 3 to entry: The largest external dimension is not necessarily in the nanoscale.
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, definition 4.3]
2.7
nanotube
hollow nanofibre (2.6)
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, definition 4.4]
2.8
quantum dot
crystalline nanoparticle (2.3) that exhibits size-dependent properties due to quantum confinement
effects on the electronic states
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, definition 4.7]
2.9
particle
minute piece of matter with defined physical boundaries
Note 1 to entry: A physical boundary can also be described as an interface.
Note 2 to entry: A particle can move as a unit.
Note 3 to entry: This general particle definition applies to nano-objects (2.2).
[SOURCE: ISO 14644-6:2007, definition 2.102 and ISO/TS 27687:2008, definition 3.1]
2.10
agglomerate
collection of weakly bound particles (2.9) or aggregates (2.11) or mixtures of the two where the resulting
external surface area is similar to the sum of the surface areas of the individual components
Note 1 to entry: The forces holding an agglomerate together are weak forces, for example van der Waals forces, or
simple physical entanglement.
Note 2 to entry: Agglomerates are also termed secondary particles and the original source particles are termed
primary particles.
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, definition 3.2]
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2.11
aggregate
particle (2.9) comprising strongly bonded or fused particles where the resulting external surface area
may be significantly smaller than the sum of calculated surface areas of the individual components
Note 1 to entry: The forces holding an aggregate together are strong forces, for example covalent bonds, or those
resulting from sintering or complex physical entanglement.
Note 2 to entry: Aggregates are also termed secondary particles and the original source particles are termed
primary particles.
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, definition 3.3]
2.12
aerosol
system of solid or liquid particles (2.9) suspended in gas
[SOURCE: ISO 15900:2009, definition 2.1]
2.13
suspension
heterogeneous mixture of materials comprising a liquid and a finely dispersed solid material
[SOURCE: ISO 4618:—, definition 2.243]
3 Terms related to size and shape measurement
3.1 Terms related to measurands for size and shape
3.1.1
particle size
linear dimension of a particle (2.9) determined by a specified measurement method and under specified
measurement conditions
[SOURCE: ISO 26824:2013, definition 1.5]
Note 1 to entry: Different methods of analysis are based on the measurement of different physical properties.
Independent of the particle property actually measured, the particle size can be reported as a linear dimension,
e.g. as the equivalent spherical diameter.
3.1.2
particle size distribution
distribution of particles (2.9) as a function of particle size (3.1.1)
[SOURCE: ISO 14644-1:1999, definition 2.2.4, modified]
Note 1 to entry: Particle size distribution may be expressed as cumulative distribution or a distribution density
(distribution of the fraction of material in a size class, divided by the width of that class).
3.1.3
particle shape
external geometric form of a particle (2.9)
[SOURCE: ISO 3252:1999]
3.1.4
aspect ratio
ratio of length of a particle (2.9) to its width
[SOURCE: ISO 14966:2002, definition 2.8]
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ISO/TS 80004-6:2013(E)
3.1.5
equivalent diameter
diameter of a sphere that produces a response by a given particle-sizing method, that is equivalent to the
response produced by the particle (2.9) being measured
Note 1 to entry: The physical property to which the equivalent diameter refers is indicated using a suitable
subscript (see ISO 9276-1:1998).
Note 2 to entry: For discrete-particle-counting, light-scattering instruments, an equivalent optical diameter is used.
Note 3 to entry: Other material constants like density of the particle are used for the calculation of the equivalent
diameter like Stokes diameter or sedimentation equivalent diameter. The material constants, used for the
calculation, should be reported additionally.
Note 4 to entry: For inertial instruments, the aerodynamic diameter is used. Aerodynamic diameter is the
−3
diameter of a sphere of density 1 000 kg m that has the same settling velocity as the irregular particle.
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, A.3.3, modified]
3.2 Terms related to scattering techniques
3.2.1
radius of gyration
measure of the distribution of mass about a chosen axis, given as the square root of the moment of
inertia about that axis divided by the mass
[SOURCE: ISO 14695:2003, definition 3.4]
Note 1 to entry: For nano-object (2.2) characterization, physical methods that measure radius of gyration to
determine particle size (3.1.1) include static light scattering, small angle neutron scattering (3.2.2) and small angle
X-ray scattering (3.2.4).
3.2.2
small angle neutron scattering
SANS
method in which a beam of neutrons is scattered from a sample and the scattered neutron intensity is
measured for small angle deflection
Note 1 to entry: The scattering angle is usually between 0,5° and 10° in order to study the structure of a material
on the length scale of 1 nm to 100 nm. The method provides information on the sizes of the particles (2.9) and to
a limited extent the shapes of the particles dispersed in homogeneous medium.
3.2.3
neutron diffraction
application of elastic neutron scattering for the determination of the atomic or magnetic structure of matter
Note 1 to entry: The neutrons emerging from the experiment have approximately the same energy as the incident
neutrons. A diffraction pattern is formed that provides information on the structure of the material.
3.2.4
small angle X-ray scattering
SAXS
method in which the elastically scattered intensity of X-rays is measured for small-angle deflections
Note 1 to entry: The angular scattering is usually measured within the range 0,1° to 10°. This provides structural
information on macromolecules as well as periodicity on length scales typically larger than 5 nm and less than
200 nm for ordered or partially ordered systems.
[SOURCE: ISO 18115-1, definition 4.18]
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3.2.5
light scattering
change in propagation of light at the interface of two media having different optical properties
[SOURCE: ISO 13320:2009, definition 3.1.17]
3.2.6
hydrodynamic diameter
equivalent diameter (3.1.5) of a particle (2.9) in a liquid having the same diffusion coefficient as the real
particle in that liquid
3.2.7
dynamic light scattering
DLS
photon correlation spectroscopy
PCS
quasi-elastic light scattering
QELS
method in which particles (2.9) undergoing Brownian motion in a liquid suspension (2.13) are illuminated
by a laser and the change in intensity of the scattered light is used to determine particle size (3.1.1)
Note 1 to entry: Analysis of the time-dependent intensity of the scattered light can yield the translational diffusion
coefficient and hence the particle size as the hydrodynamic diameter (3.2.6) via the Stokes–Einstein relationship.
Note 2 to entry: The analysis is applicable to nanoparticles (2.3) as the size of particles detected is typically in the
range 1 nm to 6000 nm. The upper limit is due to limited Brownian motion and sedimentation.
3.2.8
nanoparticle tracking analysis
NTA
particle tracking analysis
PTA
method where particles (2.9) undergoing Brownian motion in a liquid suspension (2.13) are illuminated
by a laser and the change in position of individual particles is used to determine particle size (3.1.1)
Note 1 to entry: Analysis of the time-dependent position of individual particles by means of scattered light can
yield the translational diffusion coefficient and hence the particle size as the hydrodynamic diameter (3.2.6) using
the Stokes–Einstein relationship
Note 2 to entry: The analysis is applicable to nanoparticles (2.3) as the size of particles detected is typically in the
range 10 nm to 2000 nm. The lower limit requires particles with high refractive index and the upper limit is due
to limited Brownian motion and sedimentation.
3.3 Terms related to aerosol characterization
3.3.1
condensation particle counter
CPC
instrument that measures the particle (2.9) number concentration of an aerosol (2.12)
Note 1 to entry: The sizes of particles detected are usually smaller than several hundred nanometres and larger
than a few nanometres.
Note 2 to entry: A CPC is one possible detector suitable for use with a differential electrical mobility classifier
(DEMC) (3.3.2).
Note 3 to entry: In some cases, a condensation particle counter may be called a condensation nucleus counter (CNC).
[SOURCE: ISO 15900:2009, definition 2.5]
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ISO/TS 80004-6:2013(E)
3.3.2
differential electrical mobility classifier
DEMC
classifier that is able to select aerosol (2.12)particles (2.9) according to their electrical mobility and pass
them to its exit
Note 1 to entry: A DEMC classifies aerosol particles by balancing the electrical force on each particle with its
aerodynamic drag force in an electrical field. Classified particles are in a narrow range of electrical mobility
determined by the operating conditions and physical dimensions of the DEMC, while they can have different sizes
due to difference in the number of charges that they have.
[SOURCE: ISO 15900:2009, definition 2.7]
3.3.3
differential mobility analysing system
DMAS
system to measure the size distribution of submicrometre aerosol (2.12)particles (2.9) consisting of a DEMC
(3.3.2), flow meters, a particle detector, interconnecting plumbing, a computer and suitable software
[SOURCE: ISO 15900:2009, definition 2.8]
3.3.4
Faraday-cup aerosol electrometer
FCAE
system designed for the measurement of electrical charges carried by aerosol (2.12)particles (2.9)
Note 1 to entry: A Faraday-cup aerosol electrometer consists of an electrically conducting and electrically grounded
cup as a guard to cover the sensing element that includes aerosol filtering media to capture charged aerosol particles,
an electrical connection between the sensing element and an electrometer circuit, and a flow meter.
[SOURCE: ISO 15900:2009, definition 2.12, modified]
3.4 Terms related to separation techniques
3.4.1
field flow fractionation
FFF
separation technique where a field is applied to a liquid suspension (2.13) passing along a narrow channel
in order to cause separation of the particles (2.9) present in the liquid, dependent on their differing
mobility under the force exerted by the field
Note 1 to entry: The field can be, for example, gravitational, centrifugal, a liquid flow, electrical or magnetic.
Note 2 to entry: Using a suitable detector after or during separation allows determination of the size and size
distribution of nano-objects (2.2).
3.4.2
centrifugal liquid sedimentation
CLS
differential centrifugal sedimentation
DCS
method in which a sample is separated based on size and density using a rotating disc filled with a fluid
containing a density gradient
Note 1 to entry: Depending on the density of the particles (2.9), the technique can measure particle size (3.1.1) and
particle size distribution (3.1.2) between 2 nm and 10 µm and can resolve particles differing in size by less than 2 %.
6 © ISO 2013 – All rights reserved
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ISO/TS 80004-6:2013(E)
3.4.3
size-exclusion chromatography
SEC
liquid chromatographic technique in which the separation is based on the hydrodynamic volume of
molecules eluting in a column packed with porous non-adsorbing material having pore dimensions that
are similar in size to the molecules being separated
[SOURCE: ISO 16014-1:2012, definition 3.1]
Note 1 to entry: SEC can be coupled with a detector, for example dynamic light scattering (DLS) (3.2.7), for
determination of the size and size distribution of the eluting species.
3.4.4
electrical zone sensing
Coulter counter
method for counting and sizing particles (2.9) in electrolytes by measuring a drop in electrical current
as a particle passes through an aperture between two chambers
Note 1 to entry: The drop in current is proportional to the particle volume.
Note 2 to entry: The particles are driven through the aperture by pressure or an electric field.
Note 3 to entry: The aperture can be nanoscale (2.1) in size allowing the sizing of individual nano-objects (2.2).
3.5 Terms related to microscopy
The following are the definitions of microscopy methods and related terms. In the list below, note
that the final “M” in the acronyms, given as “microscopy”, may also mean “microscope” depending
on the context. For the definition relating to the microscope, replace the word “method” by the word
“instrument” where that appears.
3.5.1
scanning probe microscopy
SPM
method of imaging surfaces by mechanically scanning a probe over the surface under study, in which the
concomitant response of a detector is measured
[SOURCE: ISO 18115-2, definition 4.31]
Note 1 to entry: This generic term encompasses many methods including atomic force microscopy (AFM) (3.5.2),
scanning near field optical microscopy (SNOM) (3.5.4), scanning ion conductance microscopy (SICM) and scanning
tunnelling microscopy (STM) (3.5.3).
Note 2 to entry: The resolution varies from that of STM, where individual atoms can be resolved, to scanning
thermal microscopy (SThM) in which the resolution is generally limited to around 1 μm.
3.5.2
atomic force microscopy
AFM
scanning force microscopy (deprecated)
SFM (deprecated)
method for imaging surfaces by mechanically scanning their surface contours, in which the deflection of
a sharp tip sensing the surface forces, mounted on a compliant cantilever, is monitored
[SOURCE: ISO 18115-2, definition 4.3]
Note 1 to entry: AFM can provide a quantitative height image of both insulating and conducting surfaces.
Note 2 to entry: Some AFM instruments move the sample in the x-, y- and z-directions while keeping the tip
position constant and others move the tip while keeping the sample position constant.
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ISO/TS 80004-6:2013(E)
Note 3 to entry: AFM can be conducted in vacuum, a liquid, a controlled atmosphere or air. Atomic resolution may
be attainable with suitable samples, with sharp tips and by using an appropriate imaging mode.
Note 4 to entry: Many types of force can be measured, such as the normal forces or the lateral, friction or shear
force. When the latter is measured, the technique is referred to as lateral, frictional or shear force microscopy.
This generic term encompasses all of these types of force microscopy.
Note 5 to entry: AFMs can be used to measure surface normal forces at individual points in the pixel array
used for imaging.
Note 6 to entry: For typical AFM tips with radii < 100 nm, the normal force should be less than about 0,1 μN,
depending on the sample material, or irreversible surface deformation and excessive tip wear occurs.
3.5.3
scanning tunnelling microscopy
STM
SPM (3.5.1) mode for imaging conductive surfaces by mechanically scanning a sharp, voltage-biased,
conducting probe tip over their surface, in which the data of the tunnelling current and the tip-surface
separation are used in generating the image
Note 1 to entry: STM can be conducted in vacuum, a liquid or air. Atomic resolution can be achieved with suitable
samples and sharp probes and can, with ideal samples, provide localized bonding information around surface atoms.
Note 2 to entry: Images can be formed from the height data at a constant tunnelling current or the tunnelling
current at a constant height or other modes at defined relative potentials of the tip and sample.
Note 3 to entry: STM can be used to map the densities of states at surfaces or, in ideal cases, around individual
atoms. The surface images can differ significantly, depending on the tip bias, even for the same topography.
[SOURCE: ISO 18115-2, definition 4.35]
3.5.4
near-field scanning optical microscopy
NSOM
scanning near-field op
...
SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 80004-6
Première édition
2013-11-01
Nanotechnologies — Vocabulaire —
Partie 6:
Caractérisation des nano-objets
Nanotechnologies — Vocabulary —
Part 6: Nano-object characterization
Numéro de référence
ISO/TS 80004-6:2013(F)
©
ISO 2013
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ISO/TS 80004-6:2013(F)
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ISO/TS 80004-6:2013(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Termes généraux . 1
3 Termes associés à la mesure des tailles et des formes . 3
3.1 Termes relatifs aux mesurandes pour la taille et la forme . 3
3.2 Termes relatifs aux techniques de diffusion . 4
3.3 Termes relatifs à la caractérisation des aérosols . 6
3.4 Termes relatifs aux techniques de séparation . 7
3.5 Termes relatifs à la microscopie . 7
3.6 Termes relatifs à la mesure de l’aire de surfaces .11
4 Termes relatifs à l’analyse chimique .12
5 Termes relatifs à la mesure d’autres propriétés .17
5.1 Termes relatifs à la mesure de la masse .17
5.2 Termes relatifs à la mesure de la cristallinité .17
5.3 Termes relatifs à la mesure des charges dans les suspensions .18
Annexe A (informative) Index .19
Bibliographie .24
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ISO/TS 80004-6:2013(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/CEI, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/CEI, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration
du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou sur la liste ISO des déclarations de brevets reçues
(voir www.iso.org/patents).
Les éventuelles appellations commerciales utilisées dans le présent document sont données pour
information à l’intention des utilisateurs et ne constituent pas une approbation ou une recommandation.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de
la conformité, aussi bien que pour des informations au-sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de l’OMC
concernant les obstacles techniques au commerce (OTC) voir le lien suivant: Foreword - Supplementary
information
L’ISO/TS 80004-6 a été préparée conjointement par le Comité technique ISO/TC 229, Nanotechnologies
et le Comité technique CEI/TC 113, Normalistion dans le domaine des nanotechnologies relatives aux
appareils et systèmes életriques et életroniques. Le projet a été distribué aux organismes nationaux
membres de l’ISO et de la CEI pour le vote.
Les documents dans la plage de numéros de référence allant de 80000 à 89999 sont développés en
collaboration entre l’ISO et la CEI.
L’ISO/TS 80004 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Nanotechnologies —
Vocabulaire:
— Partie 1: Termes «cœur»
— Partie 3: Nano-objets en carbone
— Partie 4: Matériaux nanostructurés
— Partie 5: Interface nano/bio
— Partie 6: Caractérisation d’un nano-objet
— Partie 7: Diagnostics et thérapies pour les soins de santé
Les parties suivantes sont en préparation:
1)
— Partie 2: Nano-objets: Nanoparticule, nanofibre et nanofeuillet
1) Révision de l’ISO/TS 27687:2008, Nanotechnologies — Terminologie et définitions relatives aux nano-
objets — Nanoparticule, nanofibre et nanofeuillet.
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ISO/TS 80004-6:2013(F)
— Partie 8: Processus de nanofabrication
— Partie 9: Produits et systèmes électrotechniques nano-activés
— Partie 10: Produits et systèmes photoniques nano-activés
— Partie 11: Nano-couche, nano-revêtement, nano-film et termes associés
— Partie 12: Effets quantiques dans les nanotechnologies
Le graphène et autres matériaux à deux dimensions feront l’objet d’une future Partie 13.
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ISO/TS 80004-6:2013(F)
Introduction
Les techniques de mesure et d’instrumentation ont largement contribué à ouvrir efficacement la
porte aux nanotechnologies modernes. La caractérisation constitue l’élément clé pour comprendre les
propriétés et les fonctions des nano-objets.
La caractérisation des nano-objets implique des interactions entre des personnes ayant des formations
différentes et intervenant dans des domaines différents. Ceux qui s’intéressent à la caractérisation des
nano-objets peuvent être des spécialistes des sciences des matériaux, des biologistes, des chimistes ou
des physiciens et il est possible que leur formation soit essentiellement expérimentale ou théorique.
Ceux qui utilisent les données peuvent se situer au-delà de ce groupe et inclure des spécialistes de la
réglementation et des toxicologues. Pour éviter les malentendus et pour faciliter à la fois la comparabilité
et l’échange fiable d’informations, il est essentiel de clarifier les concepts et d’établir les termes à utiliser
ainsi que leurs définitions.
Les termes sont classés sous les titres généraux suivants:
— Article 2: Termes généraux
— Article 3: Termes associés à la mesure des dimensions et des formes
— Article 4: Termes associés à l’analyse chimique
— Article 5: Termes associés à la mesure d’autres propriétés
Ces catégories sont uniquement destinées à servir de guide car certaines techniques permettent de
déterminer plus d’une propriété. Le paragraphe 3.1 énumère les mesurandes génériques qui s’appliquent
au reste de l’Article 3. D’autres mesurandes sont plus spécifiques à une technique et sont placés dans le
texte à côté de la technique.
Il convient de noter que la plupart des techniques nécessitent une analyse dans un état non natif et
impliquent une préparation des échantillons, par exemple, en plaçant les nano-objets sur une surface
ou dans un fluide spécifique ou sous vide. Cela pourrait conduire à une modification de la nature des
nano-objets.
Il convient de ne pas considérer l’ordre dans lequel les techniques sont présentées dans le document
comme un ordre de préférence. La liste des techniques énumérées dans le présent document n’est pas
exhaustive. Par ailleurs, certaines des techniques énumérées dans le document sont plus connues que
d’autres pour leur utilisation dans l’analyse de certaines propriétés des nano-objets. Le Tableau 1 énumère,
par ordre alphabétique, les principales techniques actuellement utilisées pour la caractérisation des
nano-objets.
Tableau 1 — Liste alphabétique des principales techniques actuellement utilisées pour la
caractérisation des nano-objets
Propriété Principales techniques actuellement utilisées
Dimensions microscopie à force atomique (AFM), sédimentation centrifuge en phase liquide (CLS); sys-
tème d’analyse différentielle de la mobilité (DMAS); diffusion dynamique de la lumière (DLD),
microscopie électronique à balayage (MEB), analyse par traçage de particules (analyse par
suivi de particules) (PTA), microscopie électronique à transmission (MET)
Forme microscopie à force atomique (AFM), microscopie électronique à balayage (MEB), microscopie
électronique à transmission (MET)
Surface Méthode de Brunauer-Emmett-Teller (BET)
Composition spectrométrie de masse d’ions secondaires (SIMS), spectroscopie de photoélectrons X (XPS)
chimique de
surface
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ISO/TS 80004-6:2013(F)
Propriété Principales techniques actuellement utilisées
Analyse spectrométrie de masse à plasma couplé par induction (ICP-MS), spectroscopie de résonance
chimique de magnétique nucléaire (RMN)
l’échantillon
« en vrac »
Charge dans les potentiel zêta
suspensions
Le présent document est destiné à servir de référence de départ pour le vocabulaire utilisé en soutien
aux efforts de mesure et de caractérisation dans le domaine des nanotechnologies.
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SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 80004-6:2013(F)
Nanotechnologies — Vocabulaire —
Partie 6:
Caractérisation des nano-objets
1 Domaine d’application
La présente Spécification technique donne la liste des termes et définitions applicables à la caractérisation
des nano-objets.
2 Termes généraux
2.1
échelle nanométrique
gamme de dimensions s’étendant approximativement de 1 nm à 100 nm
Note 1 à l’article: Les propriétés qui ne constituent pas des extrapolations par rapport à des dimensions plus
grandes seront présentées de façon générale, mais pas exclusivement, dans cette gamme de dimensions. Pour ces
propriétés, on considère que les limites dimensionnelles sont approximatives.
Note 2 à l’article: Dans cette définition, on indique une limite inférieure (approximativement 1 nm) pour éviter
à des atomes isolés et à de petits groupes d’atomes d’être désignés en tant que nano-objets (2.2) ou éléments de
nanostructures, ce qui pourrait être le cas en l’absence de limite inférieure.
[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2010, définition 2.1]
2.2
nano-objet
matériau dont une, deux ou les trois dimensions externes sont à l’échelle nanométrique (2.1)
Note 1 à l’article: Terme générique pour tous les objets discrets à l’échelle nanométrique.
[SOURCE: ISO/TS 80004-1:2010, définition 2.5]
2.3
nanoparticule
nano-objet (2.2) dont les trois dimensions externes sont à l’échelle nanométrique (2.1)
Note 1 à l’article: Si les valeurs de la plus longue dimension et de la plus courte dimension du nano-objet diffèrent
de façon significative (généralement d’un facteur plus grand que trois), on utilise les termes nanofibre (2.6) ou
nanofeuillet (2.4) à la place du terme nanoparticule.
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, définition 4.1]
2.4
nanofeuillet
nano-objet (2.2) dont une dimension externe est à l’échelle nanométrique (2.1) et dont les deux autres
sont significativement plus grandes
Note 1 à l’article: La dimension externe la plus petite est l’épaisseur du nanofeuillet.
Note 2 à l’article: On considère que les deux dimensions significativement les plus grandes diffèrent de la dimension
à l’échelle nanométrique d’un facteur supérieur à trois.
Note 3 à l’article: Les dimensions externes les plus grandes ne sont pas nécessairement à l’échelle nanométrique.
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ISO/TS 80004-6:2013(F)
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, définition 4.2]
2.5
nanotige
nanofibre (2.6) pleine
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, définition 4.5]
2.6
nanofibre
nano-objet (2.2) dont deux dimensions externes similaires sont à l’échelle nanométrique (2.1) et dont la
troisième dimension est significativement plus grande
Note 1 à l’article: Une nanofibre peut être flexible ou rigide.
Note 2 à l’article: On considère que les deux dimensions externes similaires ont une différence de taille plus petite
qu’un facteur trois et on considère que la dimension externe significativement plus grande diffère des deux autres
d’un facteur supérieur à trois.
Note 3 à l’article: La dimension externe la plus grande n’est pas nécessairement à l’échelle nanométrique.
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, définition 4.3]
2.7
nanotube
nanofibre (2.6) creuse
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, définition 4.4]
2.8
point quantique
nanoparticule (2.3) cristalline présentant des propriétés qui dépendent de la taille en raison des effets
de confinement quantique sur les états électroniques
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, définition 4.7]
2.9
particule
élément minuscule de matière, possédant un périmètre physique défini
Note 1 à l’article: Une limite physique peut également être décrite sous la forme d’une interface.
Note 2 à l’article: Une particule peut se déplacer sous la forme d’une unité.
Note 3 à l’article: Cette définition générale de « particule » s’applique aux nano-objets (2.2).
[SOURCE: ISO 14644-6:2007, définition 2.102 et ISO/TS 27687:2008, définition 3.1]
2.10
agglomérat
ensemble de particules (2.9) ou d’agrégats (2.11), ou mélange des deux, faiblement liés, dont la surface
externe résultante est sensiblement égale à la somme des surfaces de chacun des éléments qui le
composent
Note 1 à l’article: Les forces assurant la cohésion d’un agglomérat sont des forces faibles, par exemple forces de
Van der Waals ou un simple enchevêtrement physique.
Note 2 à l’article: Les agglomérats sont également appelés particules secondaires et les particules sources initiales
sont appelées particules primaires.
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, définition 3.2]
2 © ISO 2013 – Tous droits réservés
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ISO/TS 80004-6:2013(F)
2.11
agrégat
particule (2.9) composée de particules fortement liées ou fusionnées, dont la surface externe résultante
peut être significativement plus petite que la somme des surfaces calculées de chacun des éléments qui
la composent
Note 1 à l’article: Les forces assurant la cohésion d’un agrégat sont des forces intenses, par exemple liaisons
covalentes ou forces résultant d’un frittage ou d’un enchevêtrement physique complexe.
Note 2 à l’article: Les agglomérats sont également appelés particules secondaires et les particules sources initiales
sont appelées particules primaires.
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, définition 3.3]
2.12
aérosol
système de particules (2.9) solides ou liquides en suspension dans un gaz
[SOURCE: ISO 15900:2009, définition 2.1]
2.13
suspension
mélange hétérogène de matériaux comprenant un liquide et un matériau solide finement dispersé
[SOURCE: ISO 4618:—, définition 2.243]
3 Termes associés à la mesure des tailles et des formes
3.1 Termes relatifs aux mesurandes pour la taille et la forme
3.1.1
taille des particules
dimension linéaire d’une particule (2.9), déterminée par une méthode de mesure spécifiée dans des
conditions de mesure spécifiées
[SOURCE: ISO 26824:2013, définition 1.5]
Note 1 à l’article: Différentes méthodes d’analyse sont fondées sur la mesure de différentes propriétés physiques.
Indépendamment de la propriété de la particule réellement mesurée, la taille de la particule peut être consignée
comme une dimension linéaire, par exemple le diamètre équivalent d’une sphère.
3.1.2
distribution de taille de particules
distribution de particules (2.9) en fonction de leur taille (3.1.1)
[SOURCE: ISO 14644-1:1999, définition 2.2.4, modifiée]
Note 1 à l’article: La distribution de taille des particules peut être exprimée comme une distribution cumulée
ou une densité de distribution (distribution de la fraction de matériau dans une classe de tailles de particules,
divisée par la largeur de la classe en question).
3.1.3
forme d’une particule
forme géométrique externe d’une particule (2.9)
[SOURCE: ISO 3252:1999]
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ISO/TS 80004-6:2013(F)
3.1.4
rapport d’aspect
rapport de la longueur d’une particule (2.9) à sa largeur
[SOURCE: ISO 14966:2002, définition 2.8]
3.1.5
diamètre équivalent
diamètre d’une sphère qui donne une réponse identique à celle obtenue avec la particule (2.9) mesurée,
via une méthode de mesure de la taille de la particule
Note 1 à l’article: La propriété physique à laquelle se rapporte le diamètre équivalent est précisée par un indice
approprié [ISO 9276-1:1998].
Note 2 à l’article: Pour le comptage de particules discrètes avec des instruments de diffusion de la lumière, on
utilise le diamètre optique équivalent.
Note 3 à l’article: D’autres constantes du matériau, telles que la masse volumique de la particule, sont utilisées
pour calculer le diamètre équivalent comme le diamètre de Stockes ou le diamètre équivalent de sédimentation.
Il convient de consigner, en complément, les constantes des matériaux utilisées pour le calcul.
Note 4 à l’article: Pour les instruments inertiels, on utilise le diamètre aérodynamique. Le diamètre aérodynamique
−3
est le diamètre d’une sphère d’une masse volumique de 1 000 kg m ayant la même vitesse de stabilisation que
la particule irrégulière.
[SOURCE: ISO/TS 27687:2008, A.3.3, modifiée]
3.2 Termes relatifs aux techniques de diffusion
3.2.1
rayon de giration
mesure de la répartition de la masse par rapport à un axe choisi et exprimé comme la racine carrée du
moment d’inertie par rapport à cet axe divisé par la masse
[SOURCE: ISO 14695:2003, définition 3.4]
Note 1 à l’article: Pour la caractérisation des nano-objets (2.2), les méthodes physiques qui mesurent le rayon de
giration pour déterminer la taille des particules (3.1.1) comprennent la diffusion statique de la lumière, la diffusion
desneutrons aux petits angles (3.2.2) et la diffusion de rayons X aux petits angles (3.2.4).
3.2.2
diffusion des neutrons aux petits angles
SANS
méthode selon laquelle un faisceau de neutrons est diffusé à partir d’un échantillon et l’intensité des
neutrons diffusés est mesurée pour de petites déviations angulaires
Note 1 à l’article: L’angle de diffusion est habituellement compris entre 0,5° et 10° afin d’étudier la structure d’un
matériau sur l’échelle de longueur de 1 à 100 nm. La méthode fournit des informations sur les tailles des particules
(2.9) et, dans une moindre mesure, sur les formes des particules dispersées dans un milieu homogène.
3.2.3
diffraction de neutrons
application d’une méthode de diffusion élastique des neutrons pour la détermination de la structure
atomique ou magnétique de la matière
Note 1 à l’article: Les neutrons émergents lors de l’expérience ont approximativement la même énergie que les
neutrons incidents. On obtient une figure de diffraction qui fournit des informations sur la structure du matériau.
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ISO/TS 80004-6:2013(F)
3.2.4
diffusion des rayons X aux petits angles
SAXS
méthode dans laquelle l’intensité des rayons X diffusés élastiquement est mesurée pour de petits angles
de déviation
Note 1 à l’article: La diffusion angulaire est généralement mesurée dans la gamme allant de 0,1° à 10°. Cela fournit
des informations structurales sur les macromolécules ainsi que sur la périodicité, à des échelles de longueur
typiquement supérieures à 5 nm et inférieures à 200 nm, des systèmes ordonnés ou partiellement ordonnés.
[SOURCE: ISO 18115-1, définition 4.18]
3.2.5
diffusion de la lumière
changement de la direction de propagation de la lumière à l’interface de deux milieux ayant des propriétés
optiques différentes
[SOURCE: ISO 13320:2009, définition 3.1.17]
3.2.6
diamètre hydrodynamique
diamètre équivalent (3.1.5) d’une particule (2.9) dans un liquide ayant le même coefficient de diffusion
que la particule réelle dans le liquide en question
3.2.7
diffusion dynamique de la lumière
DLS
spectroscopie à corrélation de photons
PCS
diffusion quasi-élastique de la lumière
QELS
méthode dans laquelle des particules (2.9) soumises à un mouvement brownien dans une suspension
(2.13) liquide sont illuminées par un laser et le changement d’intensité de la lumière diffusée est utilisé
pour déterminer la taille des particules (3.1.1)
Note 1 à l’article: L’analyse de l’intensité de la lumière diffusée en fonction du temps permet de déterminer le
coefficient de diffusion de translation et donc la taille des particules sous forme de diamètre hydrodynamique
(3.2.6) via la relation de Stokes-Einstein.
Note 2 à l’article: L’analyse est applicable aux nanoparticules (2.3) car la taille des particules détectées est
généralement comprise dans la gamme allant de 1 à 6 000 nm. La limite supérieure est due au mouvement
brownien limité et à la sédimentation.
3.2.8
analyse par traçage des nanoparticules
NTA
analyse par traçage des particules
PTA
méthode dans laquelle des particules (2.9) soumises à un mouvement brownien dans une suspension
(2.13) liquide sont illuminées par un laser et le changement de position des particules individuelles est
utilisé pour déterminer la taille des particules (3.1.1)
Note 1 à l’article: L’analyse de l’intensité de la lumière diffusée en fonction du temps permet de déterminer le
coefficient de diffusion de translation et donc la taille des particules sous forme de diamètre hydrodynamique
(3.2.6) à l’aide de la relation de Stokes-Einstein.
Note 2 à l’article: L’analyse est applicable aux nanoparticules (2.3) car la taille des particules détectées est
généralement comprise dans la gamme allant de 10 à 2000 nm. La limite inférieure nécessite des particules ayant
un indice de réfraction élevé et la limite supérieure est due au mouvement brownien limité et à la sédimentation.
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ISO/TS 80004-6:2013(F)
3.3 Termes relatifs à la caractérisation des aérosols
3.3.1
compteur de particules à condensation
CPC
instrument qui mesure la concentration en nombre des particules (2.9) d’un aérosol (2.12)
Note 1 à l’article: Les tailles des particules détectées sont habituellement plus petites de plusieurs centaines de
nanomètres et plus grandes que quelques nanomètres.
Note 2 à l’article: Un CPC est un détecteur possible adapté pour l’utilisation avec un classificateur différentiel de
mobilité électrique (DEMC) (3.3.2).
Note 3 à l’article: Dans certains cas, un compteur de particules à condensation peut être désigné par le terme
«compteur de noyaux à condensation» (CNC).
[SOURCE: ISO 15900:2009, définition 2.5]
3.3.2
classificateur différentiel de mobilité électrique
DEMC
classificateur capable de sélectionner des particules (2.9) d’aérosol (2.12) en fonction de leur mobilité
électrique et de les diriger vers sa sortie
Note 1 à l’article: Un DEMC classe les particules d’aérosol en équilibrant la force électrique sur chaque particule
avec sa force de traînée aérodynamique dans un champ électrique. Les particules classées se situent dans
une plage étroite de mobilité électrique déterminée par les conditions opératoires (ou expérimentales) et les
dimensions physiques du DEMC; ces particules pouvant avoir des tailles différentes en raison de la différence
entre les nombres de charges qu’elles portent.
[SOURCE: ISO 15900:2009, définition 2.7]
3.3.3
système d’analyse différentielle de mobilité
DMAS
système destiné à mesurer la distribution granulométrique de particules (2.9) d’aérosol (2.12) de tailles
inférieures au micromètre, composé d’un DEMC (3.3.2), de débitmètres, d’un détecteur de particules, de
canalisations de raccordement, d’un ordinateur et d’un logiciel approprié
[SOURCE: ISO 15900:2009, définition 2.8]
3.3.4
électromètre à aérosols à cage de Faraday
FCAE
système destiné à mesurer les charges électriques véhiculées par des particules (2.9) d’aérosol (2.12)
Note 1 à l’article: Un électromètre à aérosols à cage de Faraday se compose d’une cage de Faraday reliée à la
masse, utilisée comme protection du filtre d’aérosols destiné à capturer les particules d’aérosol, d’une connexion
électrique entre l’élément détecteur et un électromètre, et d’un débitmètre.
[SOURCE: ISO 15900:2009, définition 2.12, modifiée]
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ISO/TS 80004-6:2013(F)
3.4 Termes relatifs aux techniques de séparation
3.4.1
fractionnement par couplage flux-force
FFF
technique de séparation dans laquelle un champ est appliqué à une suspension (2.13) liquide passant
dans un canal étroit de manière à provoquer la séparation des particules (2.9) présentes dans le liquide
en fonction de leur différence de mobilité sous l’effet de la force exercée par le champ
Note 1 à l’article: Le champ peut être, par exemple, gravitationnel, centrifuge, un écoulement de liquide, un champ
électrique ou magnétique.
Note 2 à l’article: L’utilisation d’un détecteur approprié, après ou pendant la séparation, permet la détermination
de la taille des nano-objets (2.2) ainsi que leur distribution de taille.
3.4.2
sédimentation par centrifugation en phase liquide
CLS
sédimentation par centrifugation différentielle
DCS
méthode dans laquelle un échantillon est séparé sur la base de sa taille et de sa masse volumique, en
utilisant un disque rotatif rempli d’un fluide présentant un gradient de masse volumique
Note 1 à l’article: Selon la masse volumique des particules (2.9), la technique peut mesurer la taille des particules
(3.1.1) et la distribution de taille de particules (3.1.2) entre 2 nm et 10 µm et peut différencier des particules ayant
une différence de taille inférieure à 2 %.
3.4.3
chromatographie d’exclusion stérique
SEC
technique de chromatographie en phase liquide dans laquelle la séparation est basée sur le volume
hydrodynamique des molécules éluant dans une colonne garnie d’un matériau non adsorbant poreux
dont les dimensions des pores sont comparables à la taille des molécules séparées
[SOURCE: ISO 16014-1:2012, définition 3.1]
Note 1 à l’article: La SEC peut être couplée avec un détecteur, par exemple diffusion dynamique de la lumière (DDL)
(3.2.7), pour la détermination de la taille et la distribution de taille des particules des éluants.
3.4.4
détection de zone électrosensible
compteur Coulter
méthodes de comptage et de détermination de la taille des particules (2.9) dans des électrolytes en
mesurant une baisse de l’intensité du courant électrique lorsqu’une particule traverse une ouverture
entre deux chambres
Note 1 à l’article: La baisse de l’intensité du courant électrique est proportionnelle au volume des particules.
Note 2 à l’article: Les particules sont conduites à travers l’ouverture par une variation de pression ou par un
ch
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.