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为解决欧盟纳米材料法规中风险评估所需可靠表征数据时，电子显微镜测量缺乏明确颗粒计数要求的问题，研究人员开展了基于重复子采样确定纳米材料颗粒计数与精度关系的研究。结果表明最小颗粒计数取决于尺寸和形状分布，还确定了最优颗粒计数。该研究为法规实施提供支撑1214。
在纳米技术蓬勃发展的当下，纳米材料凭借独特的尺寸依赖物理化学性质，广泛应用于化妆品、食品、医疗等众多领域。然而，其潜在的健康和环境风险不容忽视。为了有效管控这些风险，欧盟对相关产品的监管框架进行了修订，将纳米材料纳入重点监管范畴。在这一过程中，准确测量纳米材料的粒径和形状等特征至关重要，因为这是进行风险评估的基础。但目前，电子显微镜作为常用的测量手段，在测量时缺乏明确的颗粒计数标准，这使得测量结果的可靠性和统计意义难以保证。例如，不同的研究可能采用不同的颗粒计数，导致数据之间缺乏可比性。而且，现有的一些指南和标准，如经济合作与发展组织（OECD）的测试指南和国际标准化组织（ISO）的相关标准，虽然推荐了测量的颗粒数量，但这些推荐大多基于理论推导，未充分考虑实际测量中的各种变化因素，也未明确测量不确定性与颗粒计数及测量类型的关系。因此，确定合适的颗粒计数成为亟待解决的关键问题，这不仅关系到纳米材料测量的准确性，更影响着法规的有效实施和风险评估的科学性。
为了攻克这一难题，来自比利时 Sciensano 的 Trace Elements and Nanomaterials 部门以及欧盟委员会联合研究中心（JRC）的研究人员，开展了一项极具价值的研究。他们通过对多种具有不同粒径、形状和团聚状态的材料进行深入分析，旨在揭示颗粒计数与粒径和形状分布特征值精度之间的内在联系。
研究人员采用了一系列先进的技术方法。首先是透射电子显微镜（TEM）成像和分析技术，他们按照严格的标准操作流程进行样品和 TEM 标本制备、成像以及图像分析，以测量组成颗粒的外部尺寸，并确定其基于数量的粒径 / 形状分布（PSDs）。其次，为了评估颗粒计数带来的不确定性，他们运用了重复子采样的方法。从每个材料的最大可用数据集中随机抽取不同数量的粒子子集，通过多次重复计算这些子集的百分位数，进而确定与测量颗粒数量相关的不确定性（UN）。此外，为了综合评估测量的不确定性，他们还计算了总扩展测量不确定性（Ucx），将样品制备、成像和分析等过程中引入的变化因素都考虑在内345。
研究结果丰富且意义重大：
- 颗粒大小和形状：通过 TEM 测量，研究人员获得了不同材料的粒径和形状测量统计数据，包括最小 Feret 直径（Fmin）、最大 Feret 直径（Fmax）、最大内切圆直径（MICD）、面积等效圆直径（ECD）和纵横比（AR）等测量值的中位数（D50）和归一化四分位数间距（IQR%）。这些数据不仅展示了不同材料的特性，还验证了 TEM 测量方法对于胶体认证参考材料（CRM）的有效性和准确性67。
- UN与IQR%对D50的关系：研究发现，随着测量颗粒数N的增加，D50值的离散度减小，UN降低。通过对数据进行拟合，得到了最小颗粒计数Nm与UN的对数对数线性关系。并且，IQR%越大，材料的多分散性越强，为达到给定的UN所需测量的颗粒数就越多。根据IQR%的范围，研究人员将材料分为低、中、高三种多分散性类别，不同类别达到特定UN所需的颗粒数差异显著89。
- 扩展到其他分布百分位数：对于大多数材料和测量值，达到相同的UN精度，测量D25或D75所需的颗粒数比测量D50更多，测量D10和D90则需要更多颗粒。不同百分位数下，Nm与IQR%的相关性有所不同，这与 PSD 的特异性相关。例如，对于粒径分布存在左偏或右偏的情况，测量特定百分位数时需要更多颗粒1011。
- UN与测量不确定性的关系：通过研究UN、中间精密度（UIP）和总扩展不确定性（Ucx）与颗粒计数的关系，发现随着颗粒数增加，UN对UIP的贡献逐渐减小，当达到一定颗粒数Nopt后，测量更多颗粒对降低Ucx的作用微乎其微。Nopt与IQR%相关，多分散性越高的材料，Nopt越大1213。
研究结论和讨论部分再次强调了该研究的重要意义。研究人员基于验证的 TEM 方法提出的确定UN的策略，为评估纳米材料粒径和形状测量的精度提供了有力工具。这一方法充分考虑了材料的特性和图像分析的因素，能够更准确地确定最小颗粒计数。同时，研究还发现总不确定性受中间精密度、校准不确定性和真实性不确定性等因素限制，这为确定最优颗粒计数提供了重要依据。这些研究成果可以优化现有指南和标准，如 OECD TG 125、ISO 21363 和 ISO 19749，使其更加科学合理。在法规实施方面，该研究有助于准确测量纳米材料的特征值，从而更好地执行欧盟关于纳米材料的法规。此外，在纳米技术的风险评估中，研究成果能够提高分析的效率，降低成本，为保障公众健康和环境安全提供有力支持。
总之，这项研究为纳米材料的测量和监管提供了关键的技术支持和理论依据，在纳米技术的发展和应用中具有不可忽视的重要价值。
