MAPS MINERALOGY 自动矿物分析软件—面向矿物加工应用的全新表征技术

2023-09-17 11:58:22, 赛默飞 赛默飞材料表征仪器


数十年间,自动矿物分析作为矿物加工的支柱技术,能够提供成分和矿物学信息,成为评估和优化选矿技术的关键组成部分。面对矿物加工行业中不断涌现的新问题和新需求,需要构建新的方法去应对和解决。基于QEMSCAN 和 MLA自动矿物分析技术经验,结合全球用户使用反馈,赛默飞世尔科技推出全新Thermo Scientific™ Maps Mineralogy 自动矿物分析软件,引入现代计算方法,提高了数据的客观性、可重复性,帮助用户应对复杂的结构和矿物学问题。

Maps Mineralogy 软件包含数据采集、数据分析、可视化及报告显示等重要部分,用户界面更为直观、简洁,数据分析更为客观,助力用户解决更多复杂问题。

I.数据采集

简单化是一切自动化技术的主要驱动力,怎样才能把操作和运行电镜所必需的多种功能结合起来,并使体验尽可能简单明了呢? Maps Mineralogy数据采集部分基于完善的电镜自动化软件Maps,用户坐在电镜前面,点击几下鼠标,就能够让系统开始自动采集数据。

拥有自动功能、参数模板、现代化用户界面

过去十年间,扫描电镜技术发展良多,增添了很多切实可行的自动化功能,在运行过程中电子束也能保持极佳的稳定性,极大提高了数据的稳定性和一致性。以Thermo Scientific™ Apreo 2 SEM以及Maps软件为例,即使是通过远程方式来控制电镜系统,也能快速地设置完成自动化数据采集。

Maps软件中具有模板设置和选择功能,可以根据试样或矿石类型、颗粒粒度或矿物粒度、试样处理量等,预先设置一系列的数据采集参数,以薄片试样为例,可以直接套用设置好的参数开始数据的自动采集。

软件具备现代化的用户界面,图像和数据导航十分简便,轻松点击几下,就可以快速访问到所需要的位置或数据,极大提高运行效率,新手用户也能快速上手,熟练掌握。

采用先进数据采集模式,建立正确分析方法

针对自动矿物学数据采集部分进行优化,关键是要兼顾分辨率和吞吐量(单位时间完成量)。Maps Mineralogy软件提供多种数据采集方法,电子图像分辨率和EDS能谱图像分辨率可以分别独立设置,在提高采集速度的同时,可以获得清晰的结构信息,因此,用户在检查最终分析结果时,可以直接看到矿物结构信息,从而方便验证矿物识别的可靠性。

Maps Mineralogy软件标准配置两大类基本数据采集模式 – 点阵模式和质心模式,两类模式分别具有多种条件参数,均可灵活设置。

Maps Mineralogy数据采集平台具有以下特点:

  • 对用户十分友好,易于学习和掌握

  • 可访问电镜的自动功能,确保数据采集一致性

  • 可设置数据采集模板形成标准作业流程(SOP),提高操作效率

II.数据分析

Maps Mineralogy软件的核心是矿物相识别技术,赛默飞世尔科技研发团队基于已有自动矿物分析技术(MLA、QEMSCAN)以及用户使用痛点反馈,继续投入近十年时间研发,完成超过13项专利技术,开发出更为强大、自动化的矿物相识别方法。其中,Mixel(混合像素识别算法)技术能够实现矿物的准确识别,简化了所得数据的检验和后处理工作。在进行矿物相识别时,软件不再是进行简单的谱图匹配,而是内置了智能算法和解决方案,充分利用电镜中特征X射线信号产生的物理特性。

提高数据客观性和准确性,提高效率节省时间

传统的自动矿物分析技术,包括MLA和QEMCAN在内,普遍是将单个分析点或者数据采集点的能谱谱图作为单一矿物相进行识别处理。当电子束轰击到试样中两种或两种以上矿物相边界位置时,所产生的特征X射线信号基本是来自此处的多种矿物相的混合信号。如果采用传统的自动矿物分析技术进行矿物相识别,就需要针对该点的特殊混合能谱信号,手动创建一个特殊的矿物相条目,为了将各种矿物混合的比例充分考虑在内,在最终矿物分析时,就需要手动逐个创建矿物条目,形成一个复杂而庞大的矿物数据库。

Maps Mineralogy的Mixel技术则打破上述局限,可自动处理混合能谱信号,不仅自动识别各个数据采集点的混合信号所代表的矿物相,而且自动计算各数据点处不同矿物的占比。

Mixel技术不仅可以针对包含微细粒矿物、边界相矿物、火山岩微晶基质、隐晶质岩石、微小包裹体等的试样进行自动矿物分析,而且可以精确识别和量化固溶体体系中的矿物亚种、成分环带(例如斜长石、铬铁矿尖晶石中的环带)、微量元素或次要元素的取代现象(例如黄铁矿中的As和闪锌矿中的Fe)。

在分析固溶体时,用户只需在矿物库中指定或加入固溶体的端元矿物,再将端元矿物关联成一个固溶体系列,Maps Mineralogy软件就会自动判定试样中所包含的是固溶体中的哪些亚种。

Maps Mineralogy软件提供诸多先进分析方法,实现自动化分析,降低人为因素等造成的结果偏差。利用可靠的自动化分析功能,用户无需再花费大量时间去验证数据,同样时间内可以完成更多项目,并获得准确、高质量的矿物数据。

简化矿物库管理方式,提高化学定量准确性

Maps Mineralogy软件不仅提供现代化的矿物相识别方法,同时也优化了矿物库管理方式。针对不同应用或者矿物类型,可快捷地创建专门类型矿物列表进行自动矿物识别,每个矿物列表都能用来处理在不同采集参数下或者不同的赛默飞世尔科技电镜平台上获得的数据。用户可以基于矿物学基础知识等,根据实际需要,对已创建的矿物列表进行定制化的编辑等。

Maps Mineralogy软件自带超过4000种矿物信息,其中部分矿物信息是基于高计数、高分辨的EDS谱图创建而成,这些谱图为基于标准的元素定量分析提供了重要信息,并且构建到矿物分类识别程序中。

在矿物库管理软件中,用户可以轻松设置、删除或添加矿物,具体方法有三种:

1

根据EDS谱图数据,创建新矿物

2

通过软件自带的矿物检索功能,向前景矿物库中增加新矿物

3

根据从电镜或其他方式获得的化学组成数据,创建新矿物

用户不仅可以创建新矿物,也可以创建非天然矿物的物相,比如已知成分的化学材料、合金相等。

对于各个矿物或者物相条目,用户可以根据实际情况,向该条目中添加可能存在的微量元素,或者加入元素取代信息以考虑类质同象的情况。用户只需掌握基本的矿物化学知识,就能够理解和掌握矿物的设置方法。

数据采集完成后,在针对单个矿物所含元素的定量计算方面,传统的自动矿物分析技术是基于矿物库中所输入的固定化学式进行计算,而Maps Mineralogy软件则是基于实际采集到的EDS谱图对矿物进行定量计算。对于每种矿物,软件自动将包含该矿物的所有分析点的能谱信号集成,形成一个高计数的超级能谱信号后进行计算。这种超级能谱的计算方法,有助于提高矿物定量结果的准确性,也利于查找矿物中所包含的微量元素,同样,也有助于获得更可靠的全矿物含量结果。

利用Maps Mineralogy全新矿物定量方法,有助于: 

  • 元素赋存状态信息更准确 

  • 总成分和全分析结果更具代表性

  • 测定关键微量元素

  • 定量分析有害元素,并准确判定其伴生矿物

III.可视化及报告显示

开发Maps Mineralogy软件是为了让用户更方便地获得准确的矿物学数据,在数据查看界面中,用户可以便捷地进行数据验证、再处理和颗粒验证,从而获得高质量数据。用户可以查看矿物分布图、背散射电子图、EDS元素分布图,也可以利用各种特殊图像模式,检查能谱谱图信息,矿物谱图匹配信息、密度、硬度等其他参数相关图像,通过鼠标点击,就可以在不同图像之间快速切换。

数据验证完成后,单击对应按钮,即可导出多个项目和试样的数据,用于生成报告和可视化。数据结构基于开放式架构环境,用户可访问集中式数据库,如果需要,用户可以连接第三方软件或者运行自定义脚本,从而对数据进行更深入处理。

现代化用户界面,集中式数据管理,操作更为简便

Maps Mineralogy软件的报告结构采用集中式数据管理方法,数据管理和访问方式得到极大简化。数据一经验证,即可推送到报告服务器位置,用户可通过互联网访问该数据,在浏览器中直接对数据进行可视化和相应操作。报告服务器允许多用户访问。如果需要对数据做进一步处理,无需复制数据或移动数据,直接在浏览器处理即可。在用户界面中,各个报告均有可选项和设置内容,用户可以轻松找到,点击相应按钮,即可构建所需报告。

系统自动计算并给出以下报告,供用户访问和可视化处理:

  • 矿物含量

  • 元素含量

  • 元素赋存状态

  • 颗粒及矿物粒度分布图表

  • 解离度

  • 矿物嵌布程度及共生关系

  • 颗粒视图

报告服务器可以同时处理多个试样报告,通过单击鼠标,可以快速合并数据或者复制数据,并在界面中显示合并或者复制后的数据结果。

数据报告对应的矿物列表也可方便管理,用户可以根据需要,修改矿物名称和颜色。

如果需要筛选出部分数据用于最终报告呈现,用户可以通过设置单个或多个过滤条件,提取出需要的数据部分生成报告。针对单个报告设置的过滤条件同样可以应用到全部报告中。全部报告确定之后,单击导出按键,即可将图表和图像快速导出,方便用户使用。

Maps Mineralogy报告界面具有以下特点: 

  • 数据访问及分享极为便捷

  • 报告数据库在团队内可开放共享

  • 界面设置现代化,数据可视化工具随时可见

  • 具有过滤筛选功能,颗粒可按规定条件实时排列显示,报告可视化显示



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