Автоматическая классификация частиц с использованием анализа частиц/детальной классификации
～Пример автоматической классификации асбеста～

Введение

Асбест когда-то широко использовался в качестве строительного материала. Однако его вредное воздействие стало очевидным, и теперь требуется строгий контроль. При демонтаже зданий, содержащих асбест, в атмосферу может попадать пыль, содержащая асбестовые волокна. При вдыхании пыли она надолго задерживается в лёгких, что может привести к серьёзным заболеваниям, таким как мезотелиома, рак лёгких и асбестоз. 

Поэтому для проведения демонтажных работ необходимо проводить анализ атмосферы на наличие асбеста. Для анализа атмосферы неизбежно использование сканирующего электронного микроскопа (СЭМ). В последнее время автоматический анализ с использованием анализа частиц привлекает внимание при анализе атмосферы с помощью СЭМ как эффективный метод анализа/классификации множества частиц (волокон). Однако, поскольку в атмосфере присутствуют различные частицы, автоматическая классификация асбеста по результатам анализа затруднена. Поэтому мы пересмотрели значение параметра химического типа для повышения точности автоматического анализа. 

Автоматический анализ/автоматическая классификация с использованием программного обеспечения для анализа частиц (PA3)

Программное обеспечение для анализа частиц (PA3) компании JEOL может использоваться для автоматического извлечения волокнистых материалов и автоматической классификации асбеста.

Элементный анализ выполняется путем автоматической съемки изображений в заданном диапазоне (1000 раз, 300 полей зрения) и автоматического извлечения частиц (волокон) на изображениях на основе заданного значения соотношения длины, ширины, аспекта и т. д. (рис. 1)

Автоматическая классификация подразделяется на два типа: упрощенная/детальная классификация с указанием характерной формы и массовой доли элемента частицы (волокна) и QBase с классификацией, основанной на сопоставлении спектров. Классификация образца в атмосфере, содержащей различные частицы, с использованием QBase затруднена из-за сложной формы спектра. Как правило, используется упрощенная классификация по химическому типу. 

Автоматический анализ с помощью PA3 используется для скринингового анализа атмосферы, поскольку во время измерения не требуется много ручных операций, хотя точность измерения хуже, чем при ручном выполнении оператором. 

(Рис. 1) Автоматический анализ с использованием PA3

Анализ частиц и упрощенная классификация химических типов

【Эксперимент】

(Рис. 2) Результат извлечения частиц

Мы подготовили опытный образец из смеси двух видов асбеста (хризотил/Chr：Мг₃Si₂O₅(ОЙ)₄, антофиллит/муравей：Мг₇Si₈O₂₂(ОЙ)₂ ) и извлеченные волокна на основе длины и соотношения сторон (рис. 2).

Была предпринята попытка автоматической классификации с использованием PA3 путем обозначения массового % элемента для химического типа согласно Таблице 1.

Мы рассмотрели два значения настройки: значение настройки 1, которое устанавливалось на основе идеального образца, основанного на количественном значении стандартного образца, и значение настройки 2, которое устанавливалось на основе фактического образца, чтобы избежать недостаточных измерений образца в атмосфере, содержащей различные частицы. Для количественного анализа мы указали C и O как неколичественные элементы, чтобы снизить влияние фона (углеродная лента и т. д.).

【Результаты и рассмотрение】

Значение настройки 1, которое предполагает идеальный образец, позволило классифицировать Ant и Chr. Однако значение настройки 2, которое предполагает фактический образец, позволило определить весь асбест как асбест. Однако весь Ant был оценен как Chr. Это указывает на недостаток химического типа: когда присутствуют частицы (волокна) схожего состава, на него могут повлиять результаты классификации (в этот раз Chr), которые имеют более высокий приоритет в условиях классификации. При идеальном значении настройки можно получить хороший результат, в то время как с фактическим образцом может возникнуть недостаток подсчета асбестовых волокон, близких к частицам песка. Таким образом, при фактическом измерении более точные результаты классификации получаются при значении настройки 2, которое обеспечивает некоторую гибкость. 

Настройка детальной классификации химических типов и автоматической классификации асбеста

【Эксперимент】

Мы выполнили детальную классификацию, добавив массовое процентное соотношение элемента к заданному значению 2, что предполагает использование реального образца в упрощённой химической классификации (таблица 3). Соотношение Mg и Si в хризотиле составляет примерно 1:1 по массе. Однако фактический результат измерения имеет более широкое соотношение из-за окружающих частиц песка. Поэтому мы установили диапазон Mg/Si от 0.6 и более до 1.0. В антофиллите массовое соотношение Mg/Si составляет 1:2, поэтому мы установили диапазон Mg/Si от 0.2 и более до 0.6.

【Результаты и рассмотрение】

Даже при значении настройки 2, предполагающем наличие реального образца, Chr и Ant были классифицированы без их смешивания (таблица 4). Соотношение массовых процентов элемента, добавленного к настройке, оказалось эффективным для точной классификации частиц схожего состава. Более детальные настройки позволяют ожидать повышения точности автоматической классификации асбеста с использованием PA3. 

Заключение

Программное обеспечение для анализа частиц удобно для извлечения волокон из 300 изображений и автоматического выполнения элементного анализа. Кроме того, использование подробной классификации по химическому типу может повысить точность классификации асбеста, одновременно снижая риск потери результатов. Конечно, потребуется окончательное визуальное подтверждение, но автоматический анализ частиц, безусловно, может снизить нагрузку на оператора в условиях растущего объема анализов атмосферы. На этот раз мы исследовали химический тип для автоматической классификации асбеста в атмосфере. В атмосфере различные частицы присутствуют вместе. Поскольку частицы (волокна) относительно рассеяны, было легко выполнить анализ и классификацию частиц, что привело к хорошим результатам.  

В будущем мы хотели бы рассмотреть области применения асбеста в строительных материалах, на которые существенное влияние оказывает метод подготовки образцов и смешанные материалы, а также испытания на чистоту транспортных средств и анализ загрязняющих веществ на производственной линии. 

Решения по областям применения

Окружающая среда

Сопутствующие продукты

Полевые растровые микроскопы (РЭМ, FE-SEM)