Можливості світлової мікроскопії для виявлення азбесту

Незважаючи на заборони, азбест все ще присутній у нашому середовищі, що робить його виявлення критично важливим. Для цього розроблено низку міжнародних та національних стандартів, які забезпечують послідовність і надійність аналізу.

Основні світові стандарти світлової мікроскопії для виявлення азбесту:

1. Для проб повітря (фазово-контрастна мікроскопія – ФКМ):

• OSHA ID-160: “Asbestos in Air” (США).
• NIOSH 7400: “Asbestos and Other Fibers by Phase Contrast Microscopy (PCM)” (США). 
• ISO 8672: “Air quality – Determination of the number concentration of airborne inorganic fibres by phase contrast optical microscopy – Membrane filter method” (Міжнародний стандарт).

2. Для сипучих матеріалів (поляризаційна світлова мікроскопія):

• OSHA ID-191: “Polarized Light Microscopy of Asbestos” (США).
• EPA/600/R-93/116: “Method for the Determination of Asbestos in Bulk Building Materials” (США).
• NIOSH 9002: “Asbestos (bulk) by PLM” (США).
• ISO 22262-1: “Sampling and qualitative determination of asbestos in commercial bulk materials” (Швейцарія).

Українські стандарти та рекомендації

В Україні, відповідно до Наказу МОЗ України № 1013 від 05.06.2023, у разі ймовірності перевищення гранично допустимої концентрації волокон азбесту (0,1 волокна/см³) здійснюється підрахунок волокон азбесту згідно з «Методикою виконання вимірювань зліченної концентрації волокон азбесту в повітрі робочої зони та атмосферному повітрі методом оптичної мікроскопії» (від 09 березня 2010 року МВВ № 081/12-0673-10), який відповідає методу, рекомендованому ВООЗ (оптична мікроскопія з фазовим контрастом (підрахунок на мембранному фільтрі), ISBN 92 4 154496 1, ВООЗ, Женева, 1997 р.).

Світлова мікроскопія пропонує кілька потужних методів, кожен з яких має свої унікальні переваги для виявлення азбесту. Ці методи дозволяють не тільки виявити присутність азбесту, але й, у деяких випадках, визначити його тип та оцінити концентрацію.

Фазово-контрастна мікроскопія 

Фазово-контрастна мікроскопія (ФКМ) є найпоширенішим методом коли мова йде про аналіз азбесту в пробах повітря на робочих місцях. Метод не дозволяє ідентифікувати тип азбесту, однак придатний для підрахунку волокон.

Як це працює: ФКМ підвищує контраст у прозорих зразках, перетворюючи фазові зміни світла у видимі зміни яскравості зображення. Це досягається завдяки використанню фазового об’єктива та кільцевої діафрагми освітлювача, що дозволяє візуалізувати волокна товщиною до 0.25 мкм для рутинного моніторингу. Підрахунок волокон виконується за допомогою спеціальної сітки (наприклад, Уолтона-Беккета) в окулярі.

Обмеження: хоча ФКМ економічна та швидка, вона не розрізняє азбест від інших волокон (целюлоза, скловолокно), що може призвести до хибнопозитивних результатів. Її чутливість до дуже тонких азбестових волокон обмежена, а оптичні артефакти, відомі як “гало”, можуть ускладнювати точний підрахунок.

Зображені волокна азбесту при використанні фазового контрасту

Поляризаційна світлова мікроскопія

Поляризаційна світлова мікроскопія – це справжній золотий стандарт для ідентифікації азбесту. Її принцип базується на тому, як світло взаємодіє з оптичними властивостями азбестових мінералів. Коли спеціально підготовлене (поляризоване) світло проходить крізь зразок, мікроскопіст може спостерігати унікальні “підказки”, які допомагають розпізнати азбест:

• Показник заломлення: Світло поширюється у волокні з різною швидкістю, залежно від напрямку (анізотропія), що визначається методом лінії Бекке шляхом спостереження волокон азбесту в рідинах з відомим показником заломлення.
• Дисперсійні кольори: Це особливі кольори, які з’являються на волокнах, коли вони занурені в спеціальні рідини. Ці кольори виникають через те, що показник заломлення волокна збігається з показником заломлення рідини при певній довжині хвилі світла, що створює характерний, легко впізнаваний колірний ефект.
• Двозаломлення: Це явище, при якому волокно виглядає яскравим і кольоровим при перегляді між схрещеними фільтрами мікроскопа. Колір і яскравість залежать від товщини волокна і його орієнтації, даючи важливу інформацію про мінерал.
• Знак подовження: Вказує на те, чи швидка вісь світла (де світло рухається швидше) орієнтована паралельно чи перпендикулярно до довгої осі азбестового волокна. Це визначається за допомогою додаткових оптичних пластин і допомагає відрізнити один тип азбесту від іншого.
• Кут згасання: Це кут, при якому азбестове волокно стає невидимим (повністю темним) при обертанні предметного столика мікроскопа між схрещеними фільтрами. Для азбесту характерні певні кути згасання (наприклад, паралельне або косе згасання).

Ці характеристики діють як “відбитки пальців” для кожного виду азбесту, дозволяючи точно відрізнити його від інших волокон та навіть розрізнити різні типи азбесту. Поляризаційна мікроскопія є незамінною завдяки своїй здатності розрізняти різні форми мінералів, але її ефективність може знижуватися для дуже тонких волокон або якщо зразок неоднорідний.

Зліва зображення волокон азбесту при паралельно орієнтованих поляризаторах, справа зображення волокна при схрещених поляризаторах

Поряд із традиційними та стандартизованими методами, активно розробляються експериментальні підходи, що обіцяють ще більшу точність та ефективність у виявленні азбесту – флуоресцентна мікроскопія є одним із таких.

Флуоресцентна мікроскопія 

Флуоресцентна мікроскопія (ФМ) – експериментальний метод, що забезпечує значний прорив у чутливості та специфічності виявлення азбесту.

Як це працює: метод базується на використанні флуоресцентних зондів, які вибірково зв’язуються з азбестовими волокнами та випромінюють світло певних довжин хвиль при збудженні світлом, які видно за допомогою мікроскопа, роблячи азбест яскраво видимим на темному фоні.

Переваги:

• Надзвичайна чутливість: ФМ виявляє азбест діаметром до 0.06 мкм, значно перевершуючи традиційні оптичні методи.
• Висока специфічність: Завдяки вибірковому зв’язуванню зондів, ФМ чітко розрізняє азбест від інших волокон, зменшуючи хибнопозитивні результати.
• Автоматизація та ефективність: Поєднання ФМ з алгоритмами глибокого навчання дозволяє автоматизувати підрахунок волокон, підвищуючи точність і швидкість.
• Портативні системи: Наявність портативних ФМ-мікроскопів забезпечує швидкий аналіз на місці.
• Нові можливості для досліджень: ФМ відкриває перспективи для вивчення взаємодії азбесту з біологічними системами.

Обмеження: Для ФМ необхідні спеціальні зонди. Точність вимірювання розмірів нанорозмірних волокон може бути обмежена оптичною дифракцією. Також можлива фонова автофлуоресценція деяких матеріалів.

Флуоресцентне зображення азбесту з використанням флуоресцентних зондів

Ваш надійний партнер у виявленні азбесту: мікроскоп Visoria P від Leica Microsystems

Всі вищезгадані методи виявлення та дослідження азбесту – фазово-контрастна мікроскопія, поляризаційна світлова мікроскопія та флуоресцентна мікроскопія – можуть бути повністю реалізовані за допомогою мікроскопа Visoria P від Leica Microsystems. Цей мікроскоп надає дослідникам та експертам необхідний функціонал та оптичну досконалість для проведення комплексного аналізу азбесту.

Хоча світлова мікроскопія пропонує потужні інструменти для виявлення азбесту, існують ситуації, коли потрібна ще вища точність та швидкість. Для таких випадків на допомогу приходять електронні мікроскопи. Вони надають неймовірно високу роздільну здатність, дозволяючи бачити навіть найдрібніші волокна азбесту та проводити їх елементний аналіз.

Для більш точного та швидкого аналізу азбесту варто розглянути використання електронного мікроскопу. Дізнайтеся більше про можливості електронних мікроскопів Phenom для аналізу та контролю азбесту в нашій статті: https://alt.ua/blog/vikoristannya-elektronnih-mikroskopiv-phenom-dlya-analizu-ta-kontrolyu-azbestu.