用户心声 | 历久弥新,一位披着“小白”外衣的“PRO”:记赛默飞Axia ChemiSEM试驾感受

2022-10-08 16:08:44, 任辛 北京欧波同光学技术有限公司


提起对钨灯丝扫描电镜的使用感受,记忆中浮现的都是2005年对FEI的Quanta系列的深刻记忆,在矿业大佬Anglo American上千平米的“Beam room”中,一侧是以Quanta为平台的十余台MLA(Mineral Liberation Analyzer)系统,另一侧是以LEO为平台的几乎同等数量的QemSCAN(Quantitative evaluation of mineral by Scanning Electron Microscope)系统;南非世界一流的自动化探矿选矿Automatic mineralogy实力得到了世界一线品牌电镜的悉心开发,鼎立支持。

作为同时服务于两个厂家的工程师,对两套系统、两个型号的SEM的上手感受至今记忆犹新,仍有如同昨日之感,Quanta一侧“Silky smooth”的操作是那么顺畅,从更换灯丝、到抽真空、到加热灯丝、打开高压、看到图像、鼠标中键长按调整工作距离到10mm,再到按快键F9自动调整亮度对比度的“Magic button”,紧接着F10和F11的自动聚焦自动消像散操作,一气呵成,如此流畅的流程,让人惊叹于电镜厂家对其制造的工具的使用可靠性、便利性、稳定性、友好性的关注、研发和完美诠释。

时隔十余年,远观Axia,波澜不惊的低调,待到上手,老友重逢的感觉油然而生,熟悉的肌肉记忆仍然有效,所有的令人惊叹的“个性”都像基因一般历历呈现,灯丝对中仍然是稳如磐石,1kV到30kV的电子束调整完全不需人工干预,四分屏的界面对平行实时输出的图像和Chamber内部动作一目了然,F5键仍可全屏切换,操作参数简洁明了,不炫技,无多余,原来老友已经和它的操作员一般成长,一起“老练”了。


然而,老友的“肌肉”却是历久弥新,数个最新硬件可圈可点,电子枪的真空已经被直接安装于背后的分子泵“镇”着,样品仓内的所有探头的输入输出被集成一体式馈通加法兰包办,尺寸变小的样品仓内仍旧是探头“开会”,它们的排列却是那样的从容和游刃有余,Chamber的图像效果高清,时刻提醒着它的老友操作员时光已经迁至2022年;果然,行家出手就是“稳如泰山”,硬件的进化由如“春风化雨”,润物而无声,默默地支撑保护着科学家对电镜这类高端成像仪器的信任和依赖。


回想FEI公司自1971成立以来,一直在追寻“Focused Electron & Ion”这个目标,直至1997年与荷兰飞利浦公司的电子光学分支Phillips Electron Optics合并,才真正有了“Focused Electron Beam”;再至1999年收购了美国波士顿的Micrion公司后,也就有了“Focused Ion Beam”,自此实至名归。2016年赛默飞慧眼独具,几经运筹,并购FEI,曾有声音担心庞然大物一般的母公司是否会对新入囊中的子公司研发方向产生影响,6年的时间证明这支来自荷兰的电子光学分支研发嗅觉依旧敏锐,开发热情更不减当年,彰显了行业的中流砥柱的担当;Axia ChemiSEM的登场亮相就是其关注客户需求、秉持客观实际,继而研发满足需求的佐证。

仪器信息网近期发表的有关荷兰的电子显微镜历史的译文,将我们又带回了1939年夏天,代尔夫特理工大学有一名工科学生,名叫Jan B. Le Poole,向他的物理学教授提出了一个大胆的请求,即为他自己的工程专业制造一台电子显微镜。因缘际会之下,时机恰好成熟,他成功了。时间到了战后,飞利浦的总裁Anton Philips博士刚刚从英国回来,他在那里度过了战争的岁月,他还没有听说过代尔夫特电子显微镜的构造,以及他的公司已经如此密切地参与其中。1946年Jan Le Poole有机会访问英国,并参加了英国电子显微镜集团的一次会议。在那里,Anton Philips博士最后的一丝怀疑消失了:代尔夫特电镜确实是一种创新。他还在英国遇到了显微镜的用户,他们讨论了对商用飞利浦电子显微镜的要求。飞利浦董事会改变了观点,开始推动电子显微镜样机的开发和制造。后来,一个特殊的电子显微镜部门成为科学和工业下医疗系统集团的一部分。在飞利浦研究实验室,H.B.Haanstra多年来一直负责电子显微镜的研究。在20世纪50年代和60年代,他出版了大量读物。在Le Poole的电子显微镜研究所,在电镜仪器开发和电镜商业化方面的进步在持续进行。1954年,Le Poole发表了博士论文《电子和电离光学的一些设计》-它包含了如此多的创新,以至B. Von Borries在贺信里写道:“这可能是三篇论文。”1957年,Le Poole成为代尔夫特理工大学的教授。他继续研究像散与磁透镜孔圆度不足之间的关系,以及通过校正各种像差来提高分辨率,多年来,图像质量的提高一直是他关注的焦点。

除了对图像质量-分辨率孜孜不倦的追求,作为具有显微分析功能的平台,没有“实时在线分析”功能的能谱EDS的电镜已经是孤家寡人;而电镜和能谱一直平行生存,分立存在的事实也愈演愈烈,能谱作为“附件”而“心安理得”地作为“第三者”俨然成为既定和公认的“配置”;具体表现为安装在一体但却是两套相对独立的硬件,各自使用不同厂家的软件,从仪器操作、信息采集、数据判断、结论得出等环节分多个步骤执行:操作员在电镜成像及元素分析软硬使用环境中穿梭跨越,分别获取多项相对独立的数据,加以人工综合图像、谱图、文字得到报告;整个流程虽然不算费时费工,在针对小数据规模、局部、单样的检测尚能应付,但在越来越多的应对大数据规模、全面、针对整体样品群时,其数据和分析结果的及时性、可靠性、系统规范性、参考性都不能得到保障。

面对“约定俗成”了数十年的习惯,和真实的需求之间的差距,加上并不丰厚的利润空间,只有真正具有“使命感”的厂家才会挑起这面“灯下黑“的研发旗帜,电镜能谱一体化并不止步于应用在专用机型,如QemSCAN、MLA、TIMA上,而是面对普适科研市场的普及和福利;Axia ChemiSEM是一类划时代的产品,用“伟大”形容也不为过。

这也是我在这次“试驾”时的感慨,在同一套界面软件之下,只要开启ChemiSEM的按键,数据的输出和展示就直接“跨越“进新的时代,彩色的元素信息会实时地Overlay于电镜图像之上,成为名副其实的”ColorSEM“;抛去感官的富足感受,我进一步检验它的实用性,在矿物岩芯样品的衬托下,将能谱计数率提高到250k CPS,系统给我的回馈通过与之相伴的“死时间”稳稳地保持在30%上下的表现,告诉我这是一台“颜值“与”实力“兼具的”肌肉花美男“。定量制图Quant Map和计数制图Count Map可以同时实时显示,更加具体定量信息和计数信息,也可以一键显示。



这一切“实时”收集并处理特征X射线脉冲和Mapping的能力,告诉我这台披着“小白”外衣的“起步型”产品,在能谱端已经具备了“高速”处理大通量数据的实力;好奇心驱使我调整电子束在单像素的驻留时间Dwell time到50nS,如此快速的扫描速率下,Axia展示给我们的仍是清晰细腻的图像;按下存储SAVE按钮,记录下的是一系列包含形貌,成分和化学元素信息的高清图像和视频的“数据库”。这时我的内心已经知道,这台披着“小白”外衣的紧凑型电镜,实际上已经是一台货真价实的“高速”大数据处理扫描电镜;作为理所应得的“Bonus”-整机轻松的操作,Axia完全属于在普适微纳成像和分析仪器家族中“PRO”级别的存在。




十年磨一剑,这次短暂却“高潮迭起”的“试驾“,折射出的不仅是Axia,更是电镜仪器整体产业的升级和进化;应用了高速高清成像以及分析技术的电镜平台,皆已具备高速大通量信息输出和处理的能力,电镜不再是实验室“过家家”的金贵仪器,更是强大的轻量“工业化”设备;Axia ChemiSEM可以凭借其全自动、智能化、标准化、高速大作业通量、和卓越的可靠性的集成式硬件,辅以一体化的操作软件,轻松赋能操作员;标准操作只需完成样品的采集、制备并导入样品仓,其余皆可接近全自动化地完成。

展望数年之后的我们的高端成像分析实验室,现代化、高速的、大通量作业的成像及成分分析检测工作流,集成式、一体化、全自动、智能化、高通量的高性能工业级精准检测装备——Axia ChemiSEM和它的后继者们,继往开来,不仅可为科研单位及其测试中心提供常规服务,更可满足更高的泛工业检测自动化、智能化、数据化的需求。


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