ICS 13.100 CCS C 52
C
中华人民共和国国家标准
GB/T42311—2023/ISO10808:2010
纳米技术 吸入毒性研究中呼吸暴露舱内纳米颗粒的表征
Nanotechnologies-Characterization of nanoparticles in inhalation exposure
chambers for inhalation toxicity testing
(ISO10808:2010,IDT)
2023-10-01实施
2023-03-17发布
国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会
发布 GB/T42311—2023/IS010808:2010
前 言
本文件按照GB/T1.1一2020《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。
本文件等同采用ISO10808：2010《纳米技术吸入毒性研究中呼吸暴露舱内纳米颗粒的表征》。 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（SAC/TC279)归口。 本文件起草单位：国家纳米科学中心、广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院。 本文件主要起草人：白茹、陈春英、肖百全。 GB/T42311—2023/IS010808:2010
引言
含有银、金、碳、氧化锌、二氧化钛和二氧化硅纳米颗粒的纳米技术产品增长迅速。随着产品应用范围的扩大，人群暴露于纳米颗粒的风险也在逐步增加，尤其是纳米技术产业的从业人员处于纳米颗粒的暴露风险之中。如果纳米颗粒从产品中释放出来，那么公众也将处于纳米颗粒暴露风险中。虽然毒理学中使用滴注或灌注的方法研究了纳米材料的毒性，并提供了一些重要的毒理学信息，但它并没有反映吸入暴露的实际情况，也没有提供吸入暴露风险评估所需的数据。此外，呼吸毒理学通常采用大鼠作为研究对象，人们希望能够采用与人类相关的试验取代这种动物实验方法[10]。
纳米颗粒吸人毒理学的一个关注点是确保从业人员和消费者的健康。为了进行纳米颗粒的呼吸毒理学研究，有必要对呼吸舱内纳米尺寸颗粒的浓度、尺寸和分布特征进行监测。监测细颗粒或粗颗粒的传统方法，如称重法，不足以用于纳米颗粒，因为纳米特性参数（如颗粒表面积、颗粒数目等）可能是关键的决定因素，需进行监测。
本文件提供了一系列的呼吸暴露舱内纳米颗粒监测方法，既包括差分迁移分析系统（DMAS），用于测量颗粒数量、尺寸、分布、表面积和估算质量浓度；也包括应用透射电子显微镜（TEM)或者扫描电子显微镜（SEM)进行形貌表征；还包括应用X射线能量色散谱（TEM-EDXA)进行化学成分分析。
本文件还包括传统的质量浓度监测和其他的理化性质监测，可根据毒理学评价需求选择使用。这些方法评估了纳米尺寸颗粒的表面积、质量浓度、颗粒分布、组分和分散性，为吸入毒性测试结果提供了有效分析手段[13].[17]-[18]
= GB/T42311—2023/IS010808:2010
纳米技术吸入毒性研究中呼吸暴露舱内纳米颗粒的表征
1范围
本文件提供了吸入毒性研究中呼吸暴露舱内可吸人纳米颗粒的表征，包括颗粒质量、尺寸分布、数量浓度和组分。
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。
ISO10312环境空气石棉纤维的测定直接转移透射电子显微镜法（Ambientair一Determina- tion of asbestos fibres-Direct transfer transmission electron microscopy method)
ISO15900粒度分布测定气溶胶粒子的差分电迁移分析（Determinationofparticlesizedistri- butionDifferential electrical mobility analysis for aerosol particles)
ISO/TS27687纳米科技纳米物体的术语和定义纳米颗粒、纳米纤维和纳米片（Nanotechn ologies—Terminology and definitions for nano-objectsNanoparticle,nanofiber and nanoplate)
注：GB/T32269—2015纳米科技纳米物体的术语和定义纳米颗粒、纳米纤维和纳米片(ISO/TS27687：2008，
IDT) OECDNo.39 吸人毒性试验导则)（GuidanceDocumentonInhalationToxicityStudies) OECDNo.403 急性吸人毒性"（AcuteInhalationToxicity）注：GB/T21605—2008化学品急性吸人毒性试验方法（OECDNo.403：1981、OECDNo.433：2002，MOD) OECDNo.412 亚急性吸人毒性：28天试验"（SubacuteInhalationToxicity：28-DayStudy）注：GB/T21754—2008化学品28天/14天重复剂量吸人毒性试验方法（OECDNo.412：2005，IDT) OECDNo.413亚慢性吸人毒性：90天试验"（SubchronicInhalationToxicity：90-DayStudy）注：GB/T21765—2008化学品亚慢性吸人毒性试验方法（OECDNo.413：1981，IDT)
3术语和定义
ISO15900和ISO/TS27687界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1颗粒测量系统 3.1.1
差分电迁移分级器differentialelectricalmobilityclassifier;DEMC 差分电迁移谱仪differentialelectricalmobilityspectrometerDEMS 能选择合适尺寸的气溶胶颗粒进人并通过对应的通道的分级器。
1）该导则由经济合作与发展组织(OECD)出版。
1 GB/T42311—2023/ISO10808:2010
注：DEMC根据颗粒的气动阻力平衡电场中每个颗粒的电场力，对颗粒尺寸进行分级。被分级的颗粒具有不同的
尺寸，这与它们携带的电荷数量有关，也与DEMC的操作条件和物理尺寸所决定的电迁移范围有关。 ［来源：ISO15900：2009，2.7，有修改］
3.1.2
差分迁移分析系统 differentialmobilityanalyzingsystem;DMAS 用于检测亚微米尺度的气溶胶颗粒的尺寸分布，由差分电迁移分级器、颗粒电荷调节器、流量计、颗
粒检测器、连接管道、电脑和相关软件组成。
［来源：ISO15900：2009，2.8，有修改］ 3.1.3
凝聚粒子计数器 condensationparticlecounter;CPC 检测颗粒的仪器，在已知进人探测器的流量的情况下，可用于计算颗粒数量浓度。 注1：检测到的颗粒物尺寸范围通常在几百至几纳米之间。CPC与DEMC联用。 注2：在一些情况下，凝聚粒子计数器被称为凝聚核计数器（CondensationNucleusCounter，CNC)。 ［来源：ISO15900：2009，2.5，有修改］
3.2
呼吸暴露舱 inhalationexposurechamber 呼吸舱inhalationchamber 暴露舱 exposure chamber 采用鼻吸或全身暴露的方法将实验动物暴露于吸人测试物质一定的时间和剂量的实验装置。 注1：术语“鼻吸”与“仅头部”和“仅口鼻”含义相同。 注2：改编自OECDNo.403、OECDNo.412和OECDNo.413。
3.3
纳米颗粒发生系统 nanoparticlegenerationsystem 用于制备粒径分布和浓度可控的纳米颗粒气溶胶的装置。
3.4
呼吸带breathingzone 实验动物呼吸的位置。 注1：对于可自由活动、不被笼子束缚的实验动物，呼吸暴露舱内所有的地方都是呼吸带。对于活动被限制或装在
笼子里的实验动物，动物鼻子所能到达的范围属于呼吸带。对于戴上呼吸罩的动物，鼻腔前面的一小块范围属于呼吸带。
注2：术语“呼吸带”用于确保从动物呼吸位置进行大气样本的检测。不正确的取样方法是从呼吸舱顶部进行颗粒
浓度检测，然而动物却在底部暴露。
3.5
几何平均直径 geometricmean diameter;GMD 用颗粒的对数直径测定颗粒尺寸分布的集中趋势，用DMAS计算可得：
ZAN;In(d:)
L
In(GMD)=
N
式中： d; N AN; 尺寸通道内的颗粒浓度；
尺寸通道的中位数直径；总浓度；
-
第一个通道；最后一个通道。
m n 2 GB/T42311—2023/IS010808:2010
注：GMD通常是用颗粒数目进行计算，通常基于适当权重的颗粒表面积或体积。
3.6
几何标准差 geometricstandarddeviation;GSD 颗粒尺寸的分散度，由DMAS计算得到：
N.[Ind;-In(GMD) ?
In(GSD)
N-1
3.7
中位直径countmediandiameter;CMD 如果假设颗粒数目呈对数正态分布，则该直径等同于GMD。 注：见ISO9276-5，描述如下：
CMD = X50., = 2 50. e 式中： e p
自然对数的底，e=2.71828；分布的维度(数量类型)，其中： p=0代表数值； p=1代表长度； p=2代表面积； p=3代表体积或者质量。
r分布的维度(数量类型),其中：
r=0代表数值； r=1代表长度； r=2代表面积； r=3代表体积或者质量。
—密度分布标准差； 50.r 一维度r的累积分布的中值粒径。
3
4待测物质监测方法
4.1原则 4.1.1吸入暴露
吸人毒理学研究中，对待测物质进行准确的表征是至关重要的。纳米吸入毒理学的目的是建立毒理学结果与待测物质的物理、化学性质的剂量指标之间的定量关系。 4.1.2 ：颗粒性质
宜尽可能确定纳米颗粒的特定化学和物理性质。然而，由于缺少先验知识，所以宜尽可能确定更多的参数，如纳米颗粒组分、数量和质量浓度、中位粒径、平均粒径、粒径分布、表面积、电荷、表面性质、吸湿性和形状，这对剂量的选择可能非常重要。 4.2体系准备 4.2.1纳米颗粒的发生系统与暴露舱连接之前，宜测试气溶胶颗粒的成分和纯度以保持其稳定性。在吸入暴露试验中，宜对气溶胶颗粒进行持续和/或间歇的分析，以确定颗粒尺寸分布的一致性，并且吸人暴露试验需连续进行。
注1：ISO10801[3中描述了银和其他金属纳米颗粒的发生系统。
3 GB/T42311—2023/ISO10808:2010
注2：附录A中描述了吸人毒性试验中银纳米颗粒表征 4.2.2应按照OECDNo.403、OECDNo.412及OECDNo.413准备呼吸舱和配套设备。 4.2.3应为纳米颗粒暴露研究准备呼吸舱和配套设备。
注1：雾化的纳米颗粒能通过布朗运动扩散沉积到呼吸舱的内壁上，并且颗粒尺寸由于团聚/聚集行为而发生变化，
这种沉积过程取决于颗粒尺寸、静电电荷、颗粒数量浓度和停留时间。见气溶胶科学标准文本，参考文献(1][19],[20] _
注2：根据研究目的确定是否需要对电荷进行中和。 如果需要对电荷分布进行表征，则应在研究中进行详细说明和测定。 注3：为了减少沉积损失，实际使用的最小长度的导电管的直径与仪器接口配套，
4.2.4一个/多个呼吸舱和配套设备，比如取样探针和取样管，应按照OECDNo.403、OECDNo.412和 OECDNo.413进行选择，以确定取样偏差。
注：取样歧管系统包括管道、电磁阀和/或其他配件，用于将样品从暴露舱传送至在线监测设备。 4.2.5吸人试验中使用的测量仪器宜按照ISO15900进行校准和/或测试。DMAS通常在工厂校准，并应记录在报告中。
注：此外，在DMAS的使用过程中，有必要定期进行校准。 4.3体系要求 4.3.1应按照OECDNo.403、OECDNo.412、OECDNo.413和OECDNo.39进行。 4.3.2在暴露期间，待测物质浓度宜尽可能保持恒定，并依据分析方法进行连续和/或间歇监测。 4.3.3应进行呼吸带取样以确定暴露情况。 4.3.4为了与OECDNo.403、OECDNo.412、OECDNo.413和OECDNo.39保持一致，宜连续监测供给气流和暴露舱中的气流速度。宜使用空气流量计以确定参数在一定范围内。 4.3.5应连续监测呼吸舱内部和靠近呼吸带的温度和湿度。宜使用温度和湿度传感器以确定参数在一定范围内。 4.3.6应对呼吸舱内排出的含有纳米颗粒的废气进行过滤处理，如有必要，废气被排到大气之前应进行化学无害化处理。
5监测方法
5.1基于数量的颗粒尺寸分布和质量浓度要求
在吸人毒性研究中，对纳米颗粒进行表征时，基于数量的颗粒尺寸分布和总颗粒质量浓度是两个基本的测量参数。由于颗粒尺寸对毒性试验结果评价至关重要，所以测定颗粒尺寸分布是有必要的。另一方面，质量浓度已被作为吸人毒性试验中常用的剂量参数，这对于纳米颗粒毒性试验也是必不可少的。因此，在纳米颗粒吸人毒性研究中需要选用合适的方法确定这两个参数值。
5.2基于数量的颗粒尺寸分布测定 5.2.1在颗粒暴露过程中，采用的方法应能连续监测颗粒尺寸分布，并且具有合适的时间分辨率，从而可检查颗粒尺寸分布和浓度的稳定性。 5.2.2在毒性测试中，动物呼吸带颗粒尺寸和浓度的可测量范围应涵盖整个暴露体系中的纳米颗粒气溶胶的尺寸和浓度范围。 5.2.3在动物呼吸带，颗粒尺寸和浓度测定宜准确，并且能通过适当的校准、参考标准进行验证（见 ISO/IEC17025) 5.2.4颗粒尺寸的分辨率应足够精确，并且测量的颗粒尺寸范围应足够宽，从而把数量分布数据转换
4 GB/T42311—2023/ISO10808:2010
成表面积或体积分布数据。
注：对于颗粒尺寸分布检测，DMAS是目前唯一满足上述要求的能够测量100nm以下颗粒的仪器。（详见
ISO15900)。 对于大于100nm的颗粒，可采用光学法、电学法、飞行时间或空气动力学方法进行测定[8]。
5.3质量浓度测定
对于在毒性试验中暴露于被试对象的纳米颗粒气溶胶，所选择的检测方法应准确、灵敏，并由定量限值确定。
注1：Beta衰减监测仪（BAM)、锥形元件振荡微量天平(TEOM)、压电微量天平、过滤重量分析法等，均是基于对滤
膜上收集的颗粒进行化学分析，这些方法可满足纳米颗粒质量浓度测量的要求[4。 注2：通过设定颗粒密度，尤其是对于与块状材料密度类似的球形颗粒，能从基于数量的尺寸分布数据得到质量浓
度14]。然而，如果颗粒密度数据不准确或未知，则换算出的质量浓度会存在重大误差。 只有当没有其他公认的方法满足测量要求时，才可从尺寸分布数据换算得到质量浓度。
5.4呼吸暴露舱 5.4.1对于全身暴露舱，换气次数应在10h-1～15h-1。对于鼻吸暴露舱，空气流量应至少是暴露动物每分钟通气量的两倍（例如，每只大鼠至少0.5L/min）。暴露舱内纳米颗粒的分布宜是均一的。 5.4.2温度和湿度应保持在研究确定的范围内。
注：OECDNo.413中所述温度保持在22℃（±3℃）。 理想情况下，相对湿度宜保持在30%～70%，但在某些情况下（例如气溶胶测试），可超出此范围。
5.4.3暴露舱应维持略微的负压（<5mm水柱），以防止颗粒泄漏到舱外。对于鼻吸暴露，宜维持略微的正压，以保证实验动物能够吸人颗粒。由于正压有可能造成颗粒的泄漏，所以鼻吸暴露实验宜在设计良好的通风柜中进行（见OECDNo.39）。 5.4.4在整个暴露舱中，供应的空气应含有足够的氧气一一至少19%，并确保整个暴露舱的空气均匀。
6结果评估
6.1应获得如下数据以分析实验结果：
a）使用DMAS，TEM,SEM等测量每个暴露舱内纳米颗粒数量-尺寸分布（纳米级）、几何平均直
径（GMD)和几何标准差（GSD)等数据。 b）按照ISO10312中的方法，用TEM或SEM表征颗粒形貌。 c）使用DMAS等测定每个暴露舱内的颗粒数量浓度（每立方厘米空气中的颗粒数目）；用滤膜称
重法计算暴露舱中的颗粒质量浓度[每立方厘米空气中的颗粒重量，单位为微克（μg)]；或用 DMAS等其他方法估算质量浓度。
d）纳米颗粒的化学组成。 重要信息：根据DMAS测量值估算非球形纳米颗粒尺寸可能造成很大的误差，所以不宜对非球形
颗粒使用DMAS。
基于粒径的DMAS质量浓度估计方法对非球形颗粒会产生误差。 6.2宜获得如下数据分析实验结果：
a）表面积[15][16]，参考ISO10312或ISO/TR13014; b）纳米颗粒体积，参考ISO10312； c）使用TEM和SEM表征形貌和分散性，参考ISO/TR13014和ISO9276-6； d）使用X射线能谱表征表面化学，参考ISO/TR13014和ISO10312；使用电子能谱进行化学分
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