使用LIBS通过目视和化学分析进行有效颗粒识别

在制药行业，从初始研发到最终产品的包装都可能出现颗粒污染。

理解颗粒成分并判断其对安全性和质量的潜在影响非常重要。对于污染源的识别，常用的化学颗粒分析方法较为复杂且耗时。

激光诱导击穿光谱（LIBS）能够同时进行目视和化学分析。DM6 M LIBS二合一解决方案可以快速识别颗粒。

• 在同一系统中进行操作

• 在1个工作流程步骤内发生

• 无需额外样本制备

• 无需将样本转移至其他分析器械

塑料、玻璃和金属颗粒可以通过其目视外观和光谱指纹进行区分。LIBS甚至可以进一步区分不同类型的金属和玻璃，并且可以大致识别有机材料。

来源：徕卡显微系统微信公众号

SO 16232标准和VDA 19指南对汽车行业制造过程的重要性

本文讨论了ISO 16232标准和VDA 19指南，并简要总结了颗粒物分析方法。它们为汽车零部件在微粒污染方面的清洁度提供了重要标准。此类颗粒物会对产品性能和寿命产生影响。在清洁度分析中，可以使用自动光学显微镜方法来确定颗粒物类型、大小和造成损坏的可能性。有时，需要更多成分信息，才能准确找到潜在的损害和污染源。这时候就需要借助激光光谱（LIBS）或电子显微镜。

标准化方法可以帮助零部件供应商和产品制造商获得可再现、可靠和可比较的清洁度。汽车和运输行业的主要标准是ISO 16232[1]和VDA 19[2,3]。供应商和制造商在清洁度分析中需要参考标准中常见参数的定义和值范围，例如颗粒物尺寸和成分、颗粒物识别的阈值、图像设置等。汽车行业中用于清洁度分析的颗粒物检测和计数通常符合ISO标准和VDA指南。本文简要概述了ISO 16232和VDA 19中提到的颗粒物分析方法。

对于汽车行业，ISO 16232标准定义了用于确定污染物颗粒大小和数量的方法[1]。从汽车零部件中提取这些颗粒物时，使用液体清洗，并用膜过滤器过滤液体，随后收集表面上的颗粒物。然后使用光学显微镜（手动或使用自动系统）和图像分析技术分析颗粒物[4-6]。最后便可获得粒径分布。
VDA 19指南补充了ISO 16232标准[2,3]。VDA 19更详细地说明：适用范围和有效性、清洁度检查、监测变化、检查方法的选择、测试组件的适当清洁处理、提取程序设置、验证、以及空白测试以及案例研究[2]。此处仅提及VDA 19.1和技术清洁度检查。

通常使用光学系统对滤膜进行全自动分析来验证清洁度。颗粒物检测、测量和分类很大程度上取决于镜头（即放大率和分辨率）、照明类型（例如偏振、明场或暗场）、图像处理软件中使用的阈值以及颗粒物特性（尺寸、成分、反射率等）。因此，在比较相同类型颗粒的结果时，光学系统和分析参数必须相同。
标准光学分析
为了提供有意义的比较，建议进行标准光学分析。标准光学分析中，在确定规范之前定义图像设置和分析过程，因此与使用的系统无关。
颗粒物的检测和测量
测量的精度主要由显微镜镜头的放大倍率和分辨率决定。更高的放大倍率可以提高精度，但也会降低景深。因此，当在高放大倍率下测量小颗粒时，垂直方向的电动平台系统可以补偿低景深和过滤器表面的不规则性。使用高放大倍率还需要分析大量图像，以便全面检查滤光片。因此，必须在测量精度和处理/分析时间之间找到平衡点。
此外，为了准确地确定尺寸和范围，颗粒应均匀分布在过滤器表面上而没有重叠，并以颗粒物所占的表面百分比来报告。
偏光片
交叉偏振器可用于消除金属颗粒的反射，在这种情况下，金属颗粒在明亮的背景上会显得很暗。如果不使用偏光片，当亮区的亮度与背景滤光片的亮度相似时，就有可能将亮区和暗区的颗粒分成几个颗粒。不使用偏光片时，非常接近的颗粒也可能会出现大小和形状的变形，因为当它们靠近在一起时，相邻的颗粒可能看起来很相似，类似于一个更大的颗粒。
颗粒长度和宽度
颗粒的大小和特征可以通过标准分析来确定。颗粒长度，即2条平行线之间的最大距离，Feretmax，其可以应对于2个敏感元件[5]之间的距离，例如电引线，这意味着颗粒能够“连接”它们。宽度或Feretmin是2条平行线[5,6]之间的最小距离，当它对应的通道宽度足以使颗粒通过时，则表示存在潜在的危险。
纤维
纤维在制造过程中也是一个常见问题，但纺织纤维（例如来自服装的纤维）的潜在破坏性弱于纤维状颗粒物，因此应将这些类型相互区分开来。通常，细长长度与最大内径之比大于20且内径小于50 µm的颗粒会被认为是纤维。
金属颗粒
金属颗粒是组件上最常见的污染物之一，由于其机械和电气特性，它们对许多应用具有高危害性。由于光学外观的变化，基本标准光学方法无法可靠地识别金属颗粒，需要使用扩展分析方法。
然而，可以使用非偏振光学系统进行第一次表征，通过其闪亮外观（直方图强度值接近白色的强度值的反射）识别金属颗粒。可以执行自动分析以确定闪亮颗粒是否为金属，但只有在系统参数（镜头类型、放大倍率、其他参数设置等）和颗粒特征（颜色、粗糙度、均匀性等）相同时才能比较结果。如果满足以下两个要求，则可以使用此方法：
通过已使用的参数设置确定颗粒具有金属光泽，但可能需要事先进行扩展分析加以证明
由专业的操作员目视确认自动表征结果
材料和设备
颗粒分析需要以下材料和设备：

• 显微镜
  无伪影均匀光源发出的入射（反射）光
  滤光片必须紧紧固定在样品架上，最好用玻璃盖压平，以确保整个滤光片可以在特定放大倍率下成像
  过滤器的定位使用电动装置完成，精确性应可以观察到最小颗粒
  镜头分辨率和相机传感器的像素数应匹配，以便可以应用10 像素标准，即最小颗粒尺寸应对应于至少10个像素（参见图1）

当需要有关形状、成分、来源、物理特性（硬度、磨损性等）或颗粒造成损坏的可能性等额外或更详细信息时，可以使用扩展分析方法。使用扩展分析可以更确定地识别金属颗粒。
颗粒高度
显微镜镜头的景深(T)可用于估计颗粒的高度(H)。T值随着镜头数值孔径(NA)而减小，因此，在更高的放大倍率和分辨率下会减小。使用以下等式计算：T = 550/(NA)2.H值可以根据颗粒顶部和底部的焦平面之间的垂直差或透镜沿Z轴的运动来确定[5,6]。应记录所有测量的颗粒高度，因为这些数据以及宽度和长度可用于确定潜在的损坏。
成分分析
单个颗粒的成分可以通过使用激光诱导击穿光谱（LIBS）或能量色散X射线光谱（EDS/EDX）进行直接元素分析来获得。LIBS中使用激光脉冲撞击颗粒，形成局部等离子体并发射特定波长的光[7]。然后使用光谱数据库来识别颗粒元素成分。使用扫描电子显微镜（SEM）执行EDS。

市场需要这样一种解决方案：它不仅能使用户满足ISO 16232标准和VDA 19.1指南的颗粒分析要求，同时还可以减少耗费的时间和精力。利用清洁度分析解决方案，用户可以根据ISO 16232和VDA 19的当前要求以及未来可能的更新来分析颗粒。
了解颗粒成分有助于可靠地确定颗粒造成损害的可能性并确定污染源[1,2]。使用二合一材料分析解决方案，结合光学显微镜和LIBS[6,7]，可以有效地执行颗粒的成分分析。目视检查过滤器上的颗粒，然后立即使用LIBS[6]进行化学分析，无需将过滤器转移到另一台仪器或开展额外的样品制备

1. ISO/DIS 16232:2018, Road Vehicles - Cleanliness of components and systems, International Organization for Standardization.

2. VDA (German Association of the Automotive Industry), QMC (Quality Management Center), Volume 19, Part 1, Inspection of Technical Cleanliness, Particulate Contamination of Functionally Relevant Automotive Components, 2nd Revised Edition, March 2015.

3. VDA (German Association of the Automotive Industry), QMC (Quality Management Center), Volume 19, Part 2, Technical cleanliness in assembly, Environment, Logistics, Personnel and Assembly Equipment, 1st edition 2010.

4. Y. Holzapfel, J. DeRose, G. Kreck, M. Rochowicz, Cleanliness Analysis in Relation to Particulate Contamination: Microscopy based measurement systems for automated particle analysis, Science Lab (2014) Leica Microsystems.

5. N. Ecke, Basics in Component Cleanliness Analysis, Science Lab (2017) Leica Microsystems.

6. J. DeRose, K. Scheffler, D.R. Barbero, Key Factors for Efficient Cleanliness Analysis, Science Lab (2020) Leica Microsystems.

7. K. Scheffler, See the Structure with Microscopy - Know the Composition with Laser Spectroscopy: Rapid, Complete Materials Analysis with a 2-Methods-In-1 Solution, Science Lab (2018) Leica Microsystems.

汽车工业现在会通过一系列装饰或功能性处理改善车身表面。然而，用于检测多层样本的传统质控方法不仅耗时，而且还会漏检缺陷。结定位表面研磨系统和光学显微镜的新方法有望提高检测的速度和可靠性。

安美特西班牙实验室经理F. Javier Ruiz Balbas讲述了自己使用这一系统的体验。安美特是一家全球领先的供应商，专为印刷电路板、先进包装和半导体制造以及装饰性和功能性表面处理提供特种化学药品、设备、服务和解决方案。

您能简单介绍下质控部门的工作流程吗？

您工作中的主要挑战是什么？

随着新材料的发展，汽车工业中对质控的要求有哪些变化？

您公司的质控部门有哪些独特的优势呢？

在使用徕卡EM TXP/DM2700 M系统之前，工作流程是怎样的？有哪些不足之处？

您在日常工作中已经积累了一些操作徕卡EM TXP/DM2700 M的经验，那么您对它有什么概括性的总结呢？系统的哪些优势对您的质控工作帮助最大？

来源:徕卡显微系统https://mp.weixin.qq.com/s/O4b7hcVhermpLAeux5w-ag

正确的清洁度分析解决方案对质量控制至关重要。本文介绍了选择适合自身需求的解决方案时应考虑的一些重要因素。这些因素取决于不同的方面，例如行业（微电子或汽车）、污染物类型、尺寸、成分、材料属性和可能造成的损害等。

从基本的清洁度验证到更复杂的分析，有多种基于显微镜和激光光谱的清洁度解决方案可供选择。

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介 绍

汽车零部件和电子元件中的微粒子污染会对产品性能和使用寿命产生严重的影响^[1-3]。如果关键部件受到重度污染，车辆或设备系统就会出现重大故障。因此，对于现代制造和生产中的质量保证，清洁度分析在确定颗粒物尺寸和材料属性方面具有重要的作用。为帮助用户选择适合自己需求的正确清洁度分析解决方案，下文列出了一些需要考虑的主要因素。

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需要考虑的因素

为找到最适合用户需求的清洁度分析解决方案，可以先思考下面的几个问题。

主要应用是什么？

清洁度分析是否会影响组件和零部件的生产与组装，例如汽车和电子行业？如果是，那么这两个行业对颗粒物污染有着严格的要求，包括类型、大小、成分和可能造成的损害等，通常要按照ISO 16232、VDA 19或ZVEI（电子工程技术清洁度）等标准和指南执行分析^[2,4]。或者清洁度分析是针对液压流体、润滑剂、燃油和医药产品？对大多数机械系统而言，需按照ISO 4406和DIN 51455标准来对液压流体、润滑剂和燃油执行清洁度分析^[5]。医药产品清洁度分析通常遵循USP 788标准。由于不同应用的清洁度分析存在重大的差异，选择的解决方案需要能够准确可靠地确定颗粒物分析所要求的各项参数。

图1：示例A)汽车零部件和组件，和B)印刷电路板(PCB)，清洁度分析在质量控制和生产中可以发挥重要的作用。

要分析的颗粒物的尺寸是多大？

在汽车行业中，大颗粒物(>25 µm)和坚硬的颗粒物（陶瓷和金属）由于其磨损性质可能会造成严重的损害。但对于亚微米级的电子元件，即使是较小的颗粒物（5到10µm或更小）也会造成问题。对于流体清洁度，需要分析5µm或更大的颗粒物。选择清洁度分析解决方案时，了解要分析的颗粒物的尺寸非常重要。

图2：清洁度分析中的滤膜里污染物的图片，显示了不同尺寸的颗粒物。

应用需要区分反光颗粒物和非反光颗粒物吗？

反光颗粒物，即导电性颗粒物，通常为金属，相比非导电性颗粒物，通常为非金属，可对汽车零部件和电子元件造成更大的损害。因此，在确定颗粒物可能造成的潜在损害时，如果能够区分反光和非反光颗粒物，会大有帮助。如果清洁度分析解决方案能够帮助用户有效区分反光颗粒物和非反光颗粒物，用户便可以更好地确定颗粒物可能造成的损害。

确定颗粒物材料重要吗？

如果清洁度分析的最终目标是找到并清除污染物来源，则了解颗粒物的成分便十分有用。在这种情况下，理想的解决方案应能够帮助用户高效可靠地识别颗粒物材料。

图3：使用光学显微镜和激光光谱确定的铝合金颗粒物的成分。

来源：徕卡显微系统 https://mp.weixin.qq.com/s/iJ3mZ8KS3LLKLQ1Y315olg

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DIC显微镜

大多数人在使用显微镜时都采用明场照明。遗憾的是，对很多生物标本来说，明场显微镜通常只提供低对比度图像，在其中几乎无法辨别任何细节。使用染色剂可以增加明场的对比度，但这也有一个风险，即染色剂可能对活细胞有毒。在DIC显微镜中，DIC指的是微分干涉对比法，与明场显微镜相比，其无需染色剂也可以更大的对比度观察多种生物标本的结构。这种光学对比法主要是利用偏振光和样本的厚度或光密度差异，这种差异会导致通过样本的光发生相移。
只有特定的徕卡显微镜具备DIC。其可用于观察各种生命科学或法医学应用中的细胞或组织。DIC显微镜也可用于某些材料和地球科学应用。

什么是DIC显微镜，它的作用是什么?

DIC是微分干涉对比法，这是一种显微镜光学对比技术，通过其可以获得充足的对比度和分辨率，从而观察到未染色的生物标本的细胞结构。它也能帮助观察材料表面上小的高度差异。只用偏振光照亮样本时，偏振光被分散成两束具有正交偏振平面的不同光线。当光线在样本中经过不同的折射或散射后，会出现不同的相移。这些光线再次汇聚时，它们会相互干扰并变成椭圆偏振光。这种偏振光通过分析仪时会变为振幅偏移。在DIC图像中，可以观察到差异小于1/1000个波长的相移（当用相机传感器检测时）。DIC显微图像呈浮雕状，看上去有阴影。

如何设置DIC显微镜？

DIC显微镜是一种宽视场显微镜，在光源镜与聚光镜之间，以及在物镜和相机传感器或目镜之间，都设有偏振滤光器和沃拉斯顿棱镜。如需更多DIC显微镜设置信息，请参阅文章： 微分干涉对比（DIC）与金相学

微分干涉对比（DIC）显微镜是如何工作的？

DIC显微镜是一种使用偏振滤光器和沃拉斯顿棱镜的传统宽视场显微镜。

光源散发出的光会穿过滤光器，变成45°的偏振光。在穿过沃拉斯顿棱镜后，光会被分成垂直偏振分量，其中一个为0°偏振，另一个为90°偏振。聚光镜将光聚集在标本上，再由2束偏振角度不同的连贯平行光线照射到标本上。光线穿过不同的光路长度，因为其穿过样本的路径上可能存在厚度或折射率差异。
最后的结果是，一条光线相对于另一条光线出现相移。垂直偏振光通过物镜和另一个沃拉斯顿棱镜后，重新组合成135°偏振光。根据光路长度的不同，这两束光线的干扰会产生建设性（增亮）或破坏性（变暗）干扰，使得原本用明场显微镜几乎观察不到的结构现在可通过DIC显微镜观察到。
最后，偏振滤光器（也称为分析仪）会将未发生任何相移的直接透射光滤除，其只允许135°的偏振光通过。如需了解详细信息，请参阅文章： 微分干涉对比（DIC）

来源：DIC显微镜 | 产品 | 徕卡显微系统 (leica-microsystems.com.cn)