vínculo=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Au_nr_mhore.jpg|alt=A greyscale electron micrograph of nanoparticles of different sizes and shapes|miniaturadeimagen|Las nanopartículas difieren en sus propiedades físicas, como el tamaño, la forma y la dispersión, que deben medirse para describirlas completamente. La caracterización de nanopartículas es una rama de la Nanometrología que se ocupa de la caracterización, o medición, de las propiedades físicas y químicas de las nanopartículas. Las nanopartículas miden menos de 100 nanómetros en al menos una de sus dimensiones externas, y a menudo se diseñan por sus propiedades únicas. Las nanopartículas se diferencian de las sustancias químicas convencionales en que su composición química y su concentración no son parámetros suficientes para una descripción completa, ya que varían en otras propiedades físicas como el tamaño, la forma, las propiedades superficiales, la cristalinidad y el estado de dispersión.

Las nanopartículas se caracterizan con diversos fines, como los estudios de nanotoxicología y la evaluación de la exposición en los lugares de trabajo para valorar sus peligros para la salud y la seguridad, así como el control de los procesos de fabricación. Existe una amplia gama de instrumentos para medir estas propiedades, incluidos métodos de microscopía y espectroscopía, así como contadores de partículas. Numerosas organizaciones ofrecen normas de metrología y materiales de referencia para la nanotecnología, aunque se trata de una disciplina nueva.

Antecedentes La nanotecnología es la manipulación de la materia a escala atómica para crear materiales, dispositivos o sistemas con nuevas propiedades o funciones. Tiene aplicaciones potenciales en energía, sanidad, industria, comunicaciones, agricultura, productos de consumo y otros sectores. Las nanopartículas miden menos de 100 nanómetros en al menos una de sus dimensiones externas, y a menudo tienen propiedades diferentes de las versiones a granel de los materiales que las componen, lo que las hace tecnológicamente útiles. Este artículo utiliza una definición amplia de nanopartículas que incluye todos los nanomateriales libres independientemente de su forma o de cuántas de sus dimensiones sean a nanoescala, en lugar de la definición más restrictiva ISO/TS 80004 que sólo se refiere a nanoobjetos redondos.

Las nanopartículas tienen requisitos analíticos diferentes a los de los productos químicos convencionales, para los que la composición química y la concentración son métricas suficientes. Las nanopartículas tienen otras propiedades físicas que deben medirse para obtener una descripción completa, como el tamaño, la forma, las propiedades superficiales, la cristalinidad y el estado de dispersión. Las propiedades a granel de las nanopartículas son sensibles a pequeñas variaciones de estas propiedades, lo que tiene implicaciones para el control de procesos en su uso industrial. Estas propiedades también influyen en los efectos sobre la salud de la exposición a nanopartículas de una composición determinada.

Un problema adicional es que los procedimientos de muestreo y de laboratorio pueden perturbar el estado de dispersión de las nanopartículas o sesgar la distribución de sus demás propiedades. En contextos medioambientales, muchos métodos no pueden detectar concentraciones bajas de nanopartículas que, aun así, pueden tener un efecto adverso. Un fondo elevado de nanopartículas naturales y accidentales puede interferir en la detección de la nanopartícula de ingeniería objetivo, ya que es difícil distinguirlas. Las nanopartículas también pueden mezclarse con partículas de mayor tamaño. En algunas aplicaciones, las nanopartículas pueden caracterizarse en matrices complejas como el agua, el suelo, los alimentos, los polímeros, las tintas, las mezclas complejas de líquidos orgánicos, como en los cosméticos, o la sangre.

Tipos de métodos vínculo=https://en.wikipedia.org/wiki/File:DU640_spectrophotometer.jpg|alt=Photograph of a UV-vis spetrophotometer consisting of two white boxes and a computer monitor on a desk|miniaturadeimagen|Microscopios como este microscopio electrónico de barrido pueden obtener imágenes de nanopartículas individuales para caracterizar su forma, tamaño y ubicación. Los métodos de microscopía generan imágenes de nanopartículas individuales para caracterizar su forma, tamaño y ubicación. La microscopía electrónica y la microscopía de sonda de barrido son los métodos dominantes. Como las nanopartículas tienen un tamaño inferior al límite de difracción de la luz visible, la microscopía óptica convencional no resulta útil. Los microscopios electrónicos pueden acoplarse a métodos espectroscópicos que permiten realizar análisis elementales. Los métodos de microscopía son destructivos y pueden ser propensos a artefactos indeseables derivados de la preparación de la muestra, como el secado o las condiciones de vacío necesarias para algunos métodos, o de la geometría de la punta de la sonda en el caso de la microscopía de sonda de barrido. Además, la microscopía se basa en mediciones de una sola partícula, lo que significa que hay que caracterizar un gran número de partículas individuales para estimar sus propiedades generales. Un método más reciente, la microscopía de campo oscuro mejorada con imágenes hiperespectrales, resulta prometedor para obtener imágenes de nanopartículas en matrices complejas, como tejidos biológicos, con mayor contraste y rendimiento.

La espectroscopia, que mide la interacción de las partículas con la radiación electromagnética en función de la longitud de onda, es útil para caracterizar la concentración, el tamaño y la forma de algunos tipos de nanopartículas. Los puntos cuánticos semiconductores son fluorescentes y las nanopartículas metálicas presentan absorciones plasmónicas superficiales, por lo que ambas se prestan a la espectroscopia ultravioleta-visible. La espectroscopia infrarroja, de resonancia magnética nuclear y de rayos X también se utiliza con nanopartículas. Para determinar el tamaño de las partículas se emplean métodos de dispersión de luz con luz láser, rayos X o dispersión de neutrones, y cada método es adecuado para distintos rangos de tamaño y composiciones de partículas.

Algunos métodos diversos son la electroforesis para la carga superficial, el método Brunauer-Emmett-Teller para el área superficial y la difracción de rayos X para la estructura cristalina; así como la espectrometría de masas para la masa de las partículas y los contadores de partículas para el número de partículas. Las técnicas de cromatografía, centrifugación y filtración pueden utilizarse para separar las nanopartículas por tamaño u otras propiedades físicas antes o durante la caracterización.

Métricas vínculo=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Gold255.jpg|alt=A photograph of five vials of liquid, each a different shade of red. Beneath each vial is a schematic showing the size of the particles in the vial, arranged from smallest to largest.|miniaturadeimagen|Las nanopartículas de distintos tamaños pueden tener propiedades físicas diferentes. Por ejemplo, las nanopartículas de oro de distintos tamaños aparecen en colores diferentes.

Tamaño y dispersión vínculo=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Nanoparticles_(5940478291).jpg|alt=An electron micrograph of spherical nanoparticles clumped together|miniaturadeimagen|La dispersión es el grado en que las partículas se agrupan en aglomerados débilmente unidos (en la imagen) o fuertemente unidos. El tamaño de las partículas son sus dimensiones externas, y la dispersión es una medida de la variedad de tamaños de las partículas de una muestra. Si la partícula es alargada o de forma irregular, el tamaño diferirá entre dimensiones, aunque muchas técnicas de medición arrojan un diámetro esférico equivalente basado en la propiedad sustitutiva que se está midiendo. El tamaño puede calcularse a partir de propiedades físicas como la velocidad de sedimentación, la tasa o coeficiente de difusión y la movilidad eléctrica. El tamaño también puede calcularse a partir de imágenes de microscopio utilizando parámetros medidos como el diámetro de Feret, el diámetro de Martin y los diámetros de área proyectada; la microscopía electrónica se utiliza a menudo para este fin en el caso de las nanopartículas. Las mediciones del tamaño pueden diferir entre métodos porque miden diferentes aspectos de las dimensiones de las partículas, promedian las distribuciones sobre un conjunto de forma diferente o la preparación o el funcionamiento del método pueden cambiar el tamaño efectivo de las partículas.

Para las nanopartículas transportadas por el aire, las técnicas para medir el tamaño incluyen impactadores en cascada, impactadores eléctricos de baja presión, analizadores de movilidad y espectrómetros de masas de tiempo de vuelo. Para las nanopartículas en suspensión, las técnicas incluyen la dispersión de luz dinámica, la difracción láser, el fraccionamiento de flujo de campo, el análisis de seguimiento de nanopartículas, la velocimetría de seguimiento de partículas, la cromatografía de exclusión por tamaño, la sedimentación centrífuga y la microscopía de fuerza atómica. En el caso de los materiales secos, las técnicas para medir el tamaño incluyen la microscopía electrónica, la microscopía de fuerza atómica y la difracción de rayos X. Se suelen emplear cálculos retrospectivos a partir de mediciones del área superficial, pero están sujetos a errores en el caso de materiales porosos. Otros métodos son la cromatografía hidrodinámica, la dispersión de luz estática, la dispersión de luz multiángulo, la nefelometría, la detección de descomposición inducida por láser y la espectroscopia ultravioleta-visible; así como la microscopia óptica de barrido de campo cercano, la microscopia de barrido láser confocal, la electroforesis capilar, la ultracentrifugación, la filtración de flujo cruzado, la dispersión de rayos X de ángulo pequeño y el análisis de movilidad diferencial. El uso de un microscopio electrónico de barrido ambiental evita los cambios morfológicos causados por el vacío necesario para la microscopía electrónica de barrido estándar, a costa de la resolución.

Una propiedad estrechamente relacionada es la dispersión, una medida del grado en que las partículas se agrupan en aglomerados o agregados. Aunque ambos términos suelen utilizarse indistintamente, según las definiciones de nanotecnología de la ISO, un aglomerado es una colección reversible de partículas débilmente unidas, por ejemplo, por fuerzas de van der Waals o entrelazamiento físico, mientras que un agregado se compone de partículas unidas o fusionadas de forma irreversible, por ejemplo, mediante enlaces covalentes. La dispersión se evalúa a menudo utilizando las mismas técnicas empleadas para determinar la distribución de tamaños, y la anchura de una distribución de tamaños de partículas se utiliza a menudo como sustituto de la dispersión. La dispersión es un proceso dinámico muy afectado por las propiedades de las propias partículas, así como por su entorno, como el pH y la fuerza iónica. Algunos métodos tienen dificultades para distinguir entre una única partícula grande y un conjunto de partículas más pequeñas aglomeradas o agregadas; en este caso, el uso de múltiples métodos de clasificación por tamaño puede ayudar a resolver la ambigüedad, siendo especialmente útil la microscopía.

Forma vínculo=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Nanostar_1.jpg|alt=An electron micrograph of a star-shaped nanoparticle|miniaturadeimagen|Las nanopartículas pueden adoptar una forma no esférica, como esta nanopartícula de oro en forma de estrella.