目前，国内外测定样液中杂质微粒的大小和数量分布状况的方法有很多种，不外乎直接测定和间接测定两种。所谓间接测定是借助于微孔滤膜过滤等辅助手段对样液中微粒进行检测，显微镜计数法就是其中一种。所谓直接测定是使用仪器对样液直接进行测定。

1.原理和适用范围

（1）原理 如前面描述的，已从试验零件上萃取颗粒的全部萃取液被过滤在一张膜上，这张膜上的颗粒用显微技术来计数和量尺寸，颗粒的最长尺寸被用来确定颗粒的尺寸，如图6-32所示。

图6-32 颗粒最长尺寸X示例

颗粒尺寸的确定是利用光学显微镜中颗粒和滤膜表面间的光学衬比，这个衬比主要通过调节照明强度来获得。而扫描电子显微镜（SEM）的颗粒计数是利用背散射电子强度不同产生的材料衬比。因为检测原理是基于不同类型的衬比，从光学显微镜和扫描电子显微镜获得的计数结果不能相互比较。

过滤器和分析系统的选择取决于在清洁度规范中给出的污染物的预期量和相关颗粒尺寸范围。

（2）特点 可直接观测出杂质微粒的真实形状、大小及数量，精度较高。仪器调试、标定、操作简单，对污染物有直观感觉，有时还可通过观察微粒的颜色，大体判定微粒的化学成分。测定结果的再现性不受样液中的水珠、气泡等的影响，尤其适于水基工作液的计数测定。滤膜无需恒重，测定时间较质量法短，但因样液需要过滤，所以比自动粒子计数法费时，而且测定精度常受测定者视力疲劳的影响。

（3）适用范围 适于杂质微粒不太多的机械产品，如液压系统中的工作液、汽车减振器的工作液等。可用于对质量法测定结果进行分析，此时可沿用质量法使用过的滤膜进行计数。

当杂质微粒较多时，可适当稀释，采用本法对经稀释而且具有代表性的样液进行计数。稀释的程度以能清晰观察微粒为度。对于杂质微粒不多，而又不太小的（如大于15_μm）可采用投影法（在显微镜上装有投影屏）进行计数。

2.基本测定过程

（1）准备

1）使用装备。除了一般使用的，如有盖的漏斗形微孔滤膜过滤装置、端部扁平无齿不锈钢镊子、吸管、净化室或净化工作台、计数器，有0.05mm刻度线的目镜测微网和0.01mm刻度线的物镜测微尺、250mL广口瓶、带止口状瓶盖的样品瓶、150mL量杯、不含固体残渣的液体洗涤剂、蒸馏水或脱矿质水、异丙醇和120号溶剂油等。还有以下装备：

①为过滤膜准备的设备。一个可控的、不通风的、能使温度维持在（80±5）℃的烤箱；滤膜孔尺寸应符合被收集的最小颗粒尺寸，建议滤膜孔的尺寸小于被分析的最小颗粒的1/3；当使用光学显微镜时，颗粒和滤膜表面间应有好的光学衬比，人工计数颗粒时，网格状滤膜对于定向有益，但用图像分析自动计数时，就不能使用网格状滤膜；对于扫描电子显微镜，应选光滑表面滤膜（如聚碳酸酯、硝酸纤维素、醋酸纤维素、聚酰胺）。

从萃取液分离颗粒有两种方法，一种是滤膜夹持器连到萃取设备上，把滤膜夹持器直接安装在收集设备的排出口；另一种是萃取液应被收集在合适的容器中，然后用由一些零件（用夹子夹紧的、漏斗形滤膜夹持器，具有与萃取液体积相符的真空吸滤瓶）组成的分离过滤装置来进行过滤。

喷溅（真空沉积覆盖）设备只有使用扫描电子显微镜时才需要，因它在过滤膜上需要有导电层。

应当使用能产生至少65kPa真空的真空装置。

②分析设备。图6-33给出了显微法计数滤膜上颗粒所涉及的设备，在分析过程中，光学显微镜和扫描电子显微镜使用的镜头和探头是不同的，但计算机辅助记录和计数图像分析技术，以及要全表面分析这点基本是相同的。

图6-33 滤膜显微分析图解表示

含有已从试验零件萃取了颗粒的滤膜（1）被放置在试样台上，通过光学系统（2）以放大形式成像。在光学显微镜中，是用一个光源同时照射视场和含有一个（或几个）物镜及一个目镜的光学部分，这也是人工/图像计数和定尺寸所需的最小配置。在扫描电子显微镜中，用真空室中的聚焦高能量电子束扫描样品。

光学放大信息被探测系统（3）、用在光学显微镜中的录像机或数字式相机以及在扫描电子显微镜中常用来探测有强的材料衬比的背散射电子探头收集到，然后图像分析仪（4）将颗粒从滤膜背景中分离开来，进行测量和用预先给定的算法来计数。

表6-3是不同类型显微镜用来测量颗粒尺寸的情况。

a.光学显微镜。包括标准显微镜和体视显微镜。

标准显微镜：在标准显微镜中，视场既可通过单个目镜又可通过具有相同光路的双目镜来观察，对于人工计数，目镜装有测微尺。当进行自动计数时，视场的观察既可用数字式芯片、数码相机，又可用装在目镜本身上或常装在显微镜三目头上的特殊适配器上面的视频相机，用可互换的镜片来选择放大倍数。

表6-3 不同类型显微镜用来测量颗粒尺寸的情况

显微镜放大率、分辨率和视场深度用所选的镜头来进行设定，镜头的光学分辨率（放大率不是主要的）是准确测量颗粒的决定性参数，它由所用光的波长和镜头的数值孔径决定。

颗粒计数中镜头的分辨率要小于等于被测最小颗粒尺寸的1/10，如需要计数和确定小的颗粒尺寸（<20μm），这个1/10规则会导致测量时间很长，因为高分辨率镜头的视场小，在这种情况下，镜头的分辨率应选择为最小颗粒尺寸的1/5，上述两种情况的例子可见表6-4（适用于普通显微镜镜头）。

表6-4 光学显微镜放大率和最小观察颗粒尺寸示例

照相设备和试样台通常与显微镜连接在一起。

体视显微镜：该仪器可通过双目镜（人工计数用测微尺）来观察视场，两个目镜安置的角度稍微不同，这样，对观察者来讲图像似乎是三维的物体，这种类型的显微镜也可装照相系统，用于图像分析。一般来说，这种显微镜具有放大功能选项，供选择不同的放大倍数，与标准显微镜相比，它不能给出高的放大倍数或分辨率，但它具有高视场深度和较大范围的视场，因而适合于大颗粒的快速计数。作为参考，它能用于最小颗粒尺寸为25μm的场合。为了能进行准确和可重复性的测量，放大倍数应被固定在某个确定的值。(www.daowen.com)

照相设备和试样台通常不与显微镜连接在一起，因后续需要变动。

•照明：照明类型的选择取决于滤膜与被测颗粒的情况，一般来说，入射光和透射光都是可以的，因而使用不同类型的照明方法也是可能的。当用图像分析进行自动测量时，显微镜图像区域的照明应是同质的和常值的，即颗粒计数过程中对所有放大率应保证同质的照明。扩散过滤器可用到同质的照明中。如需要，供给光源的电流应稳定。照明设备应与显微镜连在一起，或至少能固定在一个地方，以防止照明中不经意的改变发生和保证可重复性的结果。照明的同质性常可用颗粒计数过程中的同一图像分析软件来进行检查。

•照相：一般来说，视频相机和数字照相机都可用，它们都有包含一系列光敏元件的照相机芯片。照相机芯片像素的大小或尺寸应符合显微镜头的分辨率，类似于光学分辨率的情况，这里被测的最小颗粒尺寸也应在10倍照相机像素或在小颗粒时5倍像素下能重复产生结果。

b.扫描电子显微镜，包括电光学系统、检测器、图像分析软件和多图像分析软件。

•电光学系统：要被成像的样品在真空中用高聚焦的高能电子束一点一点地扫描，在这个过程中，电子从样品发射出来，并用探测器捕获住，这些信号的强度，结合电子束实际的位置，给出了关于图像信号的信息，然后这个图像信号被观察者以放大的图像形式接收到。

放大率由样品的被扫描区域的大小决定，且能在较大范围内选择，大多数电光学系统都限制到能测到的最大颗粒尺寸为止，此时的放大率就是显微镜的最小放大率。

由电子束加到样品的电荷应被驱散，目的是防止颗粒被充电，因电荷对图像的质量有负面效应。只有使用导电样品时才能放电，因滤膜一般不导电，所以样品应按下列两种方法之一进行处理：用高真空扫描电子显微镜，在样品上面沉积炭，制成能导电的样品；用低真空扫描电子显微镜，利用留在真空腔内的残余空气分子驱散电荷。

•检测器：在确定滤膜上污染颗粒的数量时，应使用背散射电子检测器（BSE），图像来自于检测器的信号，而这个信号主要由样品上不同材料而产生的反差得到。

滤膜表面不能显现材料反差的颗粒（常是有机物质）不能被自动检测到。

•图像分析软件：图像分析软件划分图像的某个区域为颗粒，而剩余区域是滤膜的背景，图像亮度的整个范围（从黑到白）被分成灰度值，对于颗粒分析，常用256灰度值，通过确定灰度值临界值变异（二值化临界值变异），所有低于临界值变异的像点和相应的像素被划为属于颗粒，而临界值变异以上的那些属于滤膜背景（或相反也一样，取决于照明、滤膜颜色和颗粒类型）。

分析图像的像素分辨率（μm/像素）应小于等于被测最小颗粒尺寸的1/10（或对于小颗粒是1/5），正如前述的物镜分辨率或光学显微镜的照相机一样，如图6-34所示。

图6-34 分析图像的分辨率

•多图像分析软件：图像分析软件应允许有部分处在视场边界以外的颗粒能以整个尺寸被记录下来。一种方法是重新组合单个小的图像以形成大的图像（镶嵌的或拼集的），然后分析包含在其内的颗粒尺寸和数量；另一种可能的方法是使用比视区小的测量框架，测量中，只有在框架内或左边缘线或上边缘线的颗粒被记录；大颗粒可截成几个小颗粒测量。

2）器皿的清洗。过滤装置、滤膜夹持器、收集和冲洗容器、镊子和分析设备应参考6.3.1节规定的清洗方法，并按下列要求进行：用温水与液体洗涤剂混合液冲洗玻璃器皿，后用温水清洗，或用蒸馏水或脱矿质水冲洗；用经0.45μm滤膜过滤的异丙醇或无水乙醇冲洗以除去水分，或用经0.45μm滤膜过滤的120号溶剂油冲洗。

（2）抽样和取样 按6.4节规定的方法进行。抽取的样液应具有代表性，否则检测就毫无意义。

（3）样液的处理。如前所述，有两种过滤萃取液的方法：一种是直接连到萃取设备的过滤装置来过滤萃取液，另一种是萃取液被收集在样品容器中，然后用单独的过滤装置过滤。前者不需要准备萃取液，因进行萃取时它被直接过滤；对于后者，特别当萃取液被储存或运输时，样品容器应被检查，看它是否被可靠地密封，避免污染物影响液体的清洁度水平，过滤前，样品容器外部应清洗，如样品放在货架上一段时间，会发生颗粒沉积和积聚，积聚应被解散，颗粒均匀地重新驱散，既可采用手工或自动摇晃法，也可用超声浴方法来完成，所选的方法不应改变原来颗粒尺寸的分布。

可用真空过滤法处理后一种情况，先用镊子将所选滤膜从其盒里拿出，然后正中地放在滤膜夹里，夹紧夹子并连到萃取设备上，降低漏斗到滤膜上使滤膜不产生滑动，固定夹紧装置，连接真空装置到烧瓶或夹持器。使样液流入漏斗，并仔细地冲洗容器，洗液流到漏斗，将真空引到过滤设备中，当过滤过程快完成时，用试验液或清洁冲洗液仔细地冲洗萃取设备或漏斗，不要直接使液体流到滤膜表面，因这样会影响颗粒的分布。释放真空，打开滤膜夹持器或提起漏斗和移走滤膜。蒸发冲洗液、干燥滤膜，萃取过程用水基清洁液，在非通风的烤箱中干燥。

如用扫描电子显微镜分析滤膜，因滤膜需要能导电，所以要用合适的喷溅装置将导电元素覆盖在滤膜上。

用测得的颗粒图像尺寸来确定实际颗粒尺寸，需要进行校准，校准系数是测得的图像的长度与物体的实际颗粒尺寸之比。校准长度时，应包括系统中涉及图像重现的所有零件，这意味着需设置一个标准物体/刻度（如平台测微仪）作为比例尺。可用光学显微镜的人工测量中的目镜刻度；或用录像屏的人工图像测量中的刻度尺；或数字图像的像素尺寸（如果图像分析用来进行自动测量），校准系数被编辑在图像分析软件中。

用在滤膜表面颗粒测量的所有放大率都应被校准，具有放大功能的系统（如体视显微镜）中，放大率应有确定的值。

每一年和每当光学系统受重要的干扰（调整工作、修正等）时，应进行校准。

（4）定颗粒尺寸和计数过程 按所需的尺寸范围划分颗粒，并按表6-3和表6-4选择显微镜型号和合适的放大率。将滤膜安装和固定在显微镜滤膜夹上，或在扫描电子显微镜中，将滤膜放到已被撤到稳定位置的真空腔内。分析滤膜总的有效过滤区域，应确保测量区域间相接，没有间隙和重叠，以避免颗粒丢失或重复计数。

人工计数时，光学显微镜的照明应被设定，使得使用者以最大衬比在视域内或观察屏内观察到颗粒。同理，在扫描电子显微镜中，加速电压和光束电流这些参数应被设定。然后在滤膜的有效过滤区内进行计数，且只测量规定的颗粒尺寸，每当到下一测量区域，要移动样品平台，并应检查焦点，做必要的调整。

自动计数的情况：

1）光学显微镜的照明打开，并允许升温，如用扫描电子显微镜，要调整光束参数，阴极被加热，直到光束流稳定，特别是光学显微镜，准确的聚焦图像对保证正确测量来说是基本的，因而应检查滤膜的水平度。可在滤膜的三个以上位置（相互间尽可能地远）的地方来检查滤膜的水平度，然后控制其焦点，在整个滤膜上，图像应被很好地聚焦，可用自动聚焦的相机或用不反光且透明的盖来固定滤膜（如用两块玻璃夹住滤膜），上盖的厚度应保证颗粒能聚焦在所用的放大率中，体视显微镜或电子显微镜的视域深度是很高的，所以不用像标准显微镜那样在意上盖的厚度。

2）调整显微镜和图像分析系统，以获得最大的、可重复产生的图像信息。

3）就光学显微镜而言，相机敏感度、强度等的设定应与在测量模式下的情况相同，关闭自动修正亮度的功能。在观察视域的灰度值分布时，光照亮度开始时较弱，然后慢慢增强，直到图像的第一个像素获得图像分析的“白电平”（通常是255），这样，保证了图像分析的总动态范围被利用，而图像没有过度曝光，然后用出现该“白电平”时的光照来进行测量；同样为了利用图像分析的总动态范围，扫描电子显微镜要调节背扫电子探测器探头的敏感度。

4）为颗粒测量选择灰度界限值。灰度界限值应由操作者选择，以便二值化以后相关颗粒尺寸与在未处理过的图像中所见的尺寸一样。这意味着灰度界限值的选择既不能把颗粒周围滤膜背景划为颗粒的一部分，也不能记录为颗粒的唯一部分。

5）开始自动测量。

（5）试验报告 在规定的尺寸范围内，将每100mL样液的微粒数目写入试验报告，采用三位有效数字。试验报告应包括样液品名及测定量、滤膜孔径、真空泵的真空度及流量、显微镜照明方式、显微镜的放大倍数、按微粒尺寸范围及测定面积分别表示的微粒数目和总数。