利用光學(xué)/電子顯微鏡二合一解決方案實現(xiàn)高效的清潔度分析

作者
Jim DeRose，科學(xué)作家，徠卡顯微系統(tǒng)，瑞士
Kay Scheffler，產(chǎn)品經(jīng)理，徠卡顯微系統(tǒng)，德國

摘要
本報告說明了將光學(xué)顯微鏡和激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）化學(xué)分析相結(jié)合的二合一材料分析解決方案為何能夠更加高效經(jīng)濟地進行技術(shù)清潔度分析。清潔度分析有助于在眾多行業(yè)確保產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，例如汽車和運輸。因為能同時獲得顆粒圖像和成分?jǐn)?shù)據(jù)，二合一解決方案可大幅減少清潔度分析工作流程的成本和時間。同時取得目視和化學(xué)數(shù)據(jù)更易于確定污染源。
 
整個分析工作流程比掃描電子顯微鏡(SEM)等其他方式更加快速，因為：
>無需樣本制備：
>無需將樣本轉(zhuǎn)移到其他設(shè)備；
>過濾樣本始終在大氣條件下在空氣中進行分析。
二合一解決方案可提供待分析顆粒的目視和化學(xué)數(shù)據(jù)，能夠在更短時間內(nèi)為生產(chǎn)、質(zhì)量控制和故障分析的進一步行動作出合理決策。
 

 
簡介
在汽車和運輸、微電子、藥品以及醫(yī)療器械行業(yè)，產(chǎn)品及其組件的性能和使用壽命很容易受到污染物的影響。產(chǎn)品中的各種外來物會導(dǎo)致各種損害，取決于其顆粒的物理性質(zhì)（形狀、硬度等）。因此這些行業(yè)通常都對技術(shù)清潔度設(shè)有國際和區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)也就不足為奇了，比如汽車行業(yè)的VDA 19和ISO 16232標(biāo)準(zhǔn)[1-3]。每一年，這些清潔度標(biāo)準(zhǔn)都會更加嚴(yán)格，公差在不斷變小。

清潔度分析的工作流程涉及多種儀器設(shè)備，從顆粒提取到自動顆粒特性鑒定和分類，取決于特定產(chǎn)品的需求。一般說來，顆粒特性鑒定普遍采用光學(xué)成像方法[4-9]。為了更加方便地確定污染源，對顆粒進行快速化學(xué)/元素分析則更有優(yōu)勢。

二合一解決方案，比如徠卡顯微系統(tǒng)DM6 M LIBS材料分析解決方案（參見圖1）[10,11]，結(jié)合了光學(xué)顯微鏡（目視分析）和激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）（化學(xué)分析）。為實現(xiàn)高效的清潔度分析，大家對二合一解決方案相較于掃描電子顯微鏡(SEM)和能量色散譜（EDS）等其他方式的優(yōu)勢進行了討論。



LIBS是什么？
LIBS是激光誘導(dǎo)擊穿光譜的縮寫。LIBS的基本原理和操作已在之前的報告中說明[11]。

更易于找到并消除污染源
對于技術(shù)清潔度，最終目標(biāo)是找到并消除污染源。因為簡化了清潔度分析工作流程，二合一解決方案能夠以更少的時間和精力確定污染源。

與掃描電子顯微鏡(SEM)和能量色散譜（EDS）分析不同，該解決方案：
>無需樣本制備；
>無需將樣本從一個設(shè)備轉(zhuǎn)移到另一個；
>無需將重點轉(zhuǎn)移到過濾器并對系統(tǒng)進行調(diào)整；
>不用浪費時間等待真空環(huán)境（分析始終在大氣條件下在空氣中進行）
下方的圖2對比了使用二合一解決方案和SEM/EDS進行清潔度分析工作流程的區(qū)別。
清潔度分析工作流程二合一解決方案與光學(xué)+電子顯微鏡

圖2：使用DM6 M LIBS系統(tǒng)這樣將光學(xué)顯微鏡（OM）和LIBS相結(jié)合的二合一解決方案能夠更快找出污染源。

二合一解決方案：顆粒成像和成分分析
下方的圖3顯示了使用徠卡顯微系統(tǒng)的DM6 M LIBS解決方案對過濾器上的顆粒進行目視和化學(xué)分析的示例。

圖3：使用DM6 M LIBS二合一解決方案進行清潔度分析：A)對過濾器上的一個顆粒進行檢測、計算和測量；B)如果顆粒為金屬，使用適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)對比法可以看到顆粒的反射；C)使用LIBS，對過濾器上檢測到的顆粒進行激光打靶（紅十字準(zhǔn)星）；D)LIBS的元素譜清楚顯示顆粒的成分是鋁（Al）。

2-高效的整體清潔度工作流程
在整體清潔度工作流程中，通常要用到來自不同供應(yīng)商的多種儀器設(shè)備進行顆粒提取和分析。從顆粒提取到分析的整個工作流程使用“單一來源”的清潔度解決方案會更加方便。徠卡顯微系統(tǒng)和Pall就攜手為汽車和運輸行業(yè)提供了這樣一個獨特的整體清潔度解決方案。  使用Pall的清洗柜和徠卡顯微系統(tǒng)的DM6 M LIBS二合一解決方案的整體清潔度工作流程請見下方的圖4。

整體解決方案的優(yōu)勢是更易于實現(xiàn)清潔度分析的最終目標(biāo)：
>確定顆粒導(dǎo)致?lián)p害的可能性，
>對于可能嚴(yán)重威脅產(chǎn)品性能和使用壽命的顆粒，找出并消除污染源。


圖4：用于汽車行業(yè)、遵守VDA19的高效整體清潔度工作流程：從提取并保存過濾器上的顆粒（Pall的清洗柜）到目視和化學(xué)分析（徠卡顯微系統(tǒng)的DM6 M LIBS二合一解決方案）。目標(biāo)是更加快速地找出危險顆粒的來源并加以清除。

結(jié)語
本文介紹了將光學(xué)顯微鏡和激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）化學(xué)分析相結(jié)合、可高效進行清潔度分析的二合一材料分析解決方案的優(yōu)勢。

清潔度分析對于多個行業(yè)和領(lǐng)域的多種產(chǎn)品都非常重要，比如運輸、電子和制藥。一般說來用于清潔度分析的時間和預(yù)算都是有限的，但取得可靠的結(jié)果和保證產(chǎn)品質(zhì)量始終是關(guān)鍵。

徠卡顯微系統(tǒng)的DM6 M LIBS材料分析解決方案是二合一解決方案之一，它僅用一臺設(shè)備就提供了快速準(zhǔn)確的目視和化學(xué)分析，無需樣本制備及設(shè)備間的轉(zhuǎn)移，樣本在整個分析期間都處在環(huán)境條件之下。與SEM/EDS方法相比，二合一解決方案能夠更加方便地找出危險顆粒的污染源。這些優(yōu)勢讓用戶可以快速準(zhǔn)確并更加經(jīng)濟地進行清潔度分析。

綁定產(chǎn)品：DM6 M LIBS
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