Digitale Mikroskopie mit integrierter laserbasierter Elementanalyse
Unserem Labor steht seit kurzem ein neues Mikroskop- und Analysesystem zur Verfügung: Das VHX-X1 der Firma Keyence kombiniert digitale Mikroskopie mit integrierter laserbasierter Elementanalyse. Neben hochauflösenden Bildaufnahmen können auch Elementanalysen und dreidimensionale Vermessungen durchgeführt werden.
Mit unserer Konfiguration lassen sich Foto- und Videoaufnahmen mit bis zu 1000-facher Vergrößerung anfertigen. Verschiedene Beleuchtungsoptionen helfen dabei, feine Oberflächenstrukturen sichtbar zu machen. Durch die motorisierten Bewegungsachsen können zudem auch große Bereiche vollautomatisch zu einer Aufnahme zusammengesetzt werden. Mehrere Einzelaufnahmen lassen sich nicht nur in einer Ebene, sondern auch über sogenanntes Focus Stacking zu einem Gesamtbild mit erhöhter Tiefenschärfe zusammensetzen. Darüber hinaus können auch Messungen in allen drei Raumdimensionen mikrometergenau durchgeführt werden.
Neben den mikroskopischen Aufnahmen bietet das System auch die Möglichkeit der Elementanalyse mittels LIBS (engl.: Laser Induced Breakdown Spectroscopy). Bei diesem Verfahren wird ein kurzer intensiver Laserimpuls auf die Oberfläche der Probe abgegeben. Dadurch wird eine sehr kleine Menge des Probenmaterials verdampft und in einen energiereichen Zustand überführt. Das entstehende Plasma sendet wiederum Licht aus, welches vom Elementanalysesystem registriert wird. Da jedes chemische Element ein charakteristisches Spektrum – also verschiedene Farben – im Plasma erzeugt, können so Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des untersuchten Materials gezogen werden.
Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens ist, dass die Analyse auch direkt am Bauteil oder Probenkörper erfolgen kann. Eine Probenvorbereitung ist daher kaum erforderlich, sofern sich das Untersuchungsobjekt unter dem Mikroskop platzieren lässt.
Der Einsatzschwerpunkt des neuen Geräts liegt in der Bearbeitung von Dienstleistungen und Anfragen. Damit dient es direkt der Lösung anwendungstechnischer Fragen und Probleme unserer Kunden. Oberflächenveränderungen an Instrumenten, Geräten oder anderen Utensilien wie Ablagerungen oder Verfärbungen können so untersucht und bei Bedarf hinsichtlich ihrer Materialzusammensetzung analysiert werden. Dies unterstützt die Ursachenanalyse und hilft dabei, Fehler- oder Problemquellen zu identifizieren. Das Mikroskop ist eine spannende Erweiterung unserer Analysenmöglichkeiten und kein Ersatz für bestehende Verfahren. Je nach Fragestellung kommen weiterhin ähnliche Analysemethoden wie die REM-EDX-Analyse zum Einsatz. Die Kombination verschiedener Verfahren ermöglicht eine optimale Bewertung von Materialien, Oberflächen und Schadensbildern unter Nutzung der Stärken der eingesetzten Untersuchungsverfahren.
Darüber hinaus bietet das System Möglichkeiten, weitere Fachbereiche in ihren Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu unterstützen. Oberflächen, Partikel oder Bauteile können so untersucht, fachliche Fragestellungen bearbeitet und Versuchsergebnisse nachvollziehbar dokumentiert werden.
Die Untersuchung von Werkstoffen und Materialien erfordert häufig eine individuelle Betrachtung. Oberflächenzustand und Materialzusammensetzung beeinflussen – neben weiteren Faktoren – das Analyseergebnis. Aus diesem Grund werden die gewonnenen Daten stets im Zusammenhang mit weiteren Informationen aus dem jeweiligen Untersuchungsfall bewertet. Die ermittelten Daten werden sorgfältig geprüft und wenn möglich mit bekannten Referenzen und etablierten Analyseverfahren verglichen. Auf diese Weise sollen die Stärken und Grenzen des neuen Verfahrens für unterschiedliche Anwendungsfälle ermittelt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden zugleich die Grundlage für den schrittweisen Aufbau einer eigenen Referenzdatenbank. Mit zunehmender Anzahl untersuchter Proben entsteht so eine stetig wachsende Sammlung von Referenzdaten und Erfahrungswerten.
Ablationskrater: die sogenannten Ablationskrater, die nach einer LIBS Messung im Material zurückbleiben. Hier 9 Messpunkte im 3x3 Raster auf polierter Edelstahloberfläche.
Das neue System wurde bereits in der praktischen Arbeit eingesetzt. Erste Dienstleistungen und Fragestellungen konnten mithilfe der mit dem Mikroskop erzeugten Messdaten abgeschlossen werden. Die dabei gewonnenen Erfahrungen fließen in die weitere Bewertung der Untersuchungsmethode ein, um diese weiter zu optimieren beziehungsweise das Anwendungsgebiet zu erweitern.
Simon Helmke,
Analytik & Anwendungstechnik
Medizin / Dental
