Characterization of Commercial Metal Oxide Nanomaterials: Crystalline Phase, Particle Size and Specific Surface Area
Characterization of Commercial Metal Oxide Nanomaterials: Crystalline Phase, Particle Size and Specific Surface Area
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- dc.contributor.author
- Bushell, Michael
- Beauchemin, Suzanne
- Kunc, Filip
- Gardner, David
- Ovens, Jeffrey
- Toll, Floyd
- Kennedy, David
- Nguyen, Kathy
- Vladisavljevic, Djordje
- Rasmussen, Pat E.
- Johnston, Linda J.
- dc.date.accessioned
- 2024-03-08T19:41:55Z
- dc.date.available
- 2024-03-08T19:41:55Z
- dc.date.issued
- 2020-09-11
- dc.description - en
- Health Canada is responsible for assessing and managing risks associated with engineered nanomaterials (materials in a size range of 1-100 nanometers). As part of their risk assessment activities, New Substances Assessment and Control Bureau (NSACB) purchased commercially available metal oxide nanopowders to characterize their physical-chemical and toxicological properties. EHSRB joined forces with the National Research Council to investigate a set of 29 metal oxide nanomaterials representing four metal oxides (aluminum, copper, titanium and zinc). Physical-chemical properties critical for assessing their impact on human health and the environment were characterized: particle size distribution, mineral form, surface area. Key findings are: (i) minor mineral phase generally not reported by the manufacturers were detected and (ii) the estimated particle size significantly differed from the manufacturers information in some cases and depended on the analytical approach selected for particle size determination. Considering that these basic properties influence the nanomaterial toxicity, the results highlight the importance of not relying solely on the manufacturer information for material characterization in toxicological studies. Data obtained will be useful to support regulatory human health and environmental assessments of the nanomaterials in Canada.
- dc.description.abstract - en
- Physical chemical characterization of nanomaterials is critical to assessing quality control during production, evaluating the impact of material properties on human health and the environment, and developing regulatory frameworks for their use. We have investigated a set of 29 nanomaterials from four metal oxide families (aluminum, copper, titanium and zinc) with a focus on the measurands that are important for the basic characterization of dry nanomaterials and the determination of the dose metrics for nanotoxicology. These include crystalline phase and crystallite size, measured by powder X-ray diffraction, particle shape and size distributions from transmission electron microscopy, and specific surface area, measured by gas adsorption. The results are compared to the nominal data provided by the manufacturer, where available. While the crystalline phase data are generally reliable, data on minor components that may impact toxicity is often lacking. The crystal and particle size data highlight the issues in obtaining size measurements of materials with broad size distributions and significant levels of aggregation, and indicate that reliance on nominal values provided by the manufacturer is frequently inadequate for toxicological studies aimed at identifying differences between nanoforms. The data will be used for the development of models and strategies for grouping and read-across to support regulatory human health and environmental assessments of metal oxide nanomaterials.
- dc.description.abstract-fosrctranslation - fr
- La caractérisation physico-chimique des nanomatériaux est essentielle pour évaluer le contrôle de la qualité pendant la production, évaluer l'impact des propriétés des matériaux sur la santé humaine et l'environnement et élaborer des cadres réglementaires pour leur utilisation. Nous avons étudié un ensemble de 29 nanomatériaux appartenant à quatre familles d'oxydes métalliques (aluminium, cuivre, titane et zinc) en mettant l'accent sur les mesurandes importants pour la caractérisation de base des nanomatériaux secs et la détermination des mesures de dose pour la nanotoxicologie. Ceux-ci incluent la phase cristalline et la taille des cristallites, mesurées par diffraction des rayons X sur poudre, la forme et la distribution des tailles des particules par microscopie électronique à transmission, et la surface spécifique, mesurée par adsorption de gaz. Les résultats sont comparés aux données nominales fournies par le fabricant, lorsqu'elles sont disponibles. Bien que les données sur la phase cristalline soient généralement fiables, les données sur les composants mineurs susceptibles d'avoir un impact sur la toxicité font souvent défaut. Les données sur la taille des cristaux et des particules mettent en évidence les problèmes liés à l'obtention de mesures de taille de matériaux présentant de larges distributions de tailles et des niveaux d'agrégation importants, et indiquent que le recours aux valeurs nominales fournies par le fabricant est souvent inadéquat pour les études toxicologiques visant à identifier les différences entre les nanoformes. Les données seront utilisées pour le développement de modèles et de stratégies de regroupement et de références croisées afin de soutenir les évaluations réglementaires sur la santé humaine et l'environnement des nanomatériaux d'oxyde métallique.
- dc.description.fosrctranslation - fr
- Santé Canada est responsable de l'évaluation et de la gestion des risques associés aux nanomatériaux manufacturés (matériaux d'une taille allant de 1 à 100 nanomètres). Dans le cadre de ses activités d'évaluation des risques, le New Substances Assessment and Control Bureau (NSACB) a acheté des nanopoudres d'oxydes métalliques disponibles dans le commerce pour caractériser leurs propriétés physico-chimiques et toxicologiques. L'EHSRB a uni ses forces avec le Conseil national de recherches pour étudier un ensemble de 29 nanomatériaux d'oxydes métalliques représentant quatre oxydes métalliques (aluminium, cuivre, titane et zinc). Les propriétés physico-chimiques essentielles à l'évaluation de leur impact sur la santé humaine et l'environnement ont été caractérisées : distribution granulométrique, forme minérale, surface. Les principales conclusions sont les suivantes : (i) des phases minérales mineures généralement non signalées par les fabricants ont été détectées et (ii) la taille estimée des particules différait considérablement des informations du fabricant dans certains cas et dépendait de l'approche analytique choisie pour la détermination de la taille des particules. Considérant que ces propriétés fondamentales influencent la toxicité des nanomatériaux, les résultats soulignent l’importance de ne pas se fier uniquement aux informations du fabricant pour la caractérisation des matériaux dans les études toxicologiques. Les données obtenues seront utiles pour soutenir les évaluations réglementaires sur la santé humaine et l'environnement des nanomatériaux au Canada.
- dc.identifier.doi
- https://doi.org/10.3390/nano10091812
- dc.identifier.uri
- https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2040
- dc.language.iso
- en
- dc.publisher
- MDPI
- dc.subject - en
- Health
- Health and safety
- dc.subject - fr
- Santé
- Santé et sécurité
- dc.subject.en - en
- Health
- Health and safety
- dc.subject.fr - fr
- Santé
- Santé et sécurité
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- dc.type - en
- Article
- dc.type - fr
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