FTIRとSEMによる異物分析と解析ポイントおよびその事例

はじめに

製造業において異物混入は避けて通れない課題です。
製品の品質を保つためには、異物の早期発見と適切な処理が必要です。
FTIR（フーリエ変換赤外分光法）とSEM（走査型電子顕微鏡）は、異物分析の強力なツールとして広く利用されています。
この記事では、これらの分析手法の特徴と活用法、解析のポイントおよび具体的な事例について詳しく説明します。

FTIR分析の基礎知識

FTIRとは、物質に赤外線を照射し、吸収された波長の解析を通して化学構造を把握する手法です。
分子の振動に基づく吸収スペクトルが得られ、物質の同定に役立ちます。
特に、化学的な組成が明らかでない異物や、微小な異物の成分を特定する場合に重宝します。

FTIRの利点と欠点

FTIRの利点は、迅速かつ非破壊的にサンプル分析ができることです。
また、広範な有機化合物を識別できる点も強みです。
しかし、固体試料や混合物の場合、成分解の解釈が難しいことがあります。
サンプル調製の手間が少ない一方、検出限界が高いため、微量分析には向かないこともあります。

SEM分析の基礎知識

SEMは、対象物に電子を照射して反射電子を利用し、高解像度の表面観察を行う手法です。
形状や表面構造をミクロのスケールで観察できるため、微細な異物の形状分析にはうってつけです。

SEMの利点と欠点

SEMの利点は、極めて高い解像度を持ち、三次元的な表面構造の観察が可能な点です。
金属、無機物、有機物など、あらゆる材料に対応できるため幅広い応用が可能です。
一方で、試料の導電性が求められる場合があり、場合によっては試料に導電性コーティングが必要になります。

FTIRとSEMを用いた異物分析のステップ

異物の分析には、一連のプロセスに従って行うことが一般的です。
以下では、FTIRとSEMを用いた異物分析の具体的なステップを解説します。

1. 試料の収集

最も重要なステップは、適切な方法で試料を収集することです。
異物の状態に応じて、ピンセットやフィルターなどを用いて細心の注意を払って行います。

2. 試料の前処理

次に、試料の準備を行います。
FTIR用の試料は、通常細かく粉砕しペレット化するか、薄膜状に成型します。
一方、SEMでは試料が導電性を持たない場合、金や炭素でコートすることが必要です。

3. FTIR分析

準備した試料をFTIR機器にセットし、スペクトルを取得します。
得られたスペクトルを解析し、データベースとの照合を通じて異物の化学構造を特定します。

4. SEM分析

SEMでは、試料の表面形態を観察します。
高解像度の画像を取得し、異物の形状や表面構造を分析します。

解析ポイントとその事例

解析の際には、以下のポイントを押さえると効果的です。

化学的特性の把握

FTIRで得られるスペクトルは、異物の化学特性を示します。
同定された化学物質の由来を明らかにすることが問題解決の鍵となります。
あるプラスチック製品に異物が混入していた例では、FTIR分析によりその異物が使用された潤滑剤の成分であることが判明し、製造工程内での管理が強化されました。

物理的特性の観察

SEMによる表面観察から、異物の形状やサイズを把握します。
同心円状の異物が印刷製品に見つかったケースでは、SEM分析を通して異物が印刷機の故障によるものであることが突き止められました。

他の分析手法との組み合わせ

FTIRとSEMはそれぞれ強力なツールですが、他の分析手法と組み合わせることで、より詳細な解析が可能です。
たとえば、X線エネルギー分散分析（EDX）をSEMと組み合わせることで、異物の元素組成を特定する方法が挙げられます。

まとめ

FTIRとSEMによる異物分析は、製造業における品質管理の重要な部分を担っています。
異物の化学的、物理的特性を明らかにすることで、その原因や発生元を特定し、対策を講じることが可能です。
これらの手法を効果的に活用することで、製品の品質向上や製造プロセスの改善に寄与することができます。

異物混入という課題は今後も製造業における重要なテーマであり続けるでしょう。
しかし、本記事で述べたような分析ツールを駆使することで、より一層の製品品質の向上に繋げることが可能です。
製造業界に勤める方、あるいはバイヤーやサプライヤーの皆様が、この情報を活用し、更なる品質管理や改善活動に役立てていただければ幸いです。