Obtención de mejores micrografías de electrones

Los microscopios electrónicos de transmisión (TEM) proporcionan imágenes con una resolución extremadamente alta para el análisis de ejemplares. Lo complicado es capturar estas imágenes en película sin sacrificar el nivel de detalle. Los elementos que hacen lograr este nivel de detalle (los electrones) participan en las dificultades inherentes de la micrografía de electrones.

Sin embargo, si se utilizan electrones de forma eficiente, es posible optimizar la calidad de la imagen maximizando la densidad, mejorando el contraste y reduciendo el ruido.

La clave es utilizar más electrones: en otras palabras, aumentar la tasa de muestras.

Aumentar tiempo de exposición                           Reducir magnificación
 Ajustar exposición y revelado         Causas del ruido de las micrografías de electrones 

Aumentar tiempo de exposición

El método más sencillo para utilizar más electrones y mejorar la calidad de la imagen es aumentar el tiempo de exposición, tal y como se muestra en la figura 2. Las ventajas evidentes son el aumento de densidad y contraste. Además, también mejora la relación señal-ruido: la señal de la imagen aumenta linealmente con la exposición (número de electrones absorbidos), mientras que la estructura de ruido aumenta con mayor lentitud con la raíz cuadrada de la exposición. Por otra parte, también es posible aumentar la densidad y el contraste aumentando la actividad de revelado (por ejemplo, aumentando el tiempo de revelado). Sin embargo, la señal y el ruido aumentan proporcionalmente, lo que provoca una relación señal-ruido menos favorable que se logra aumentando el tiempo de exposición.

Figura 2: Si las condiciones del instrumento y del ejemplar lo permiten, el aumento de la exposición aumentará la densidad negativa, mejorará el contraste de la imagen y mejorará la relación señal-ruido.

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Reducir magnificación

Algunos ejemplares no toleran tiempos de exposición prolongados debido a su inestabilidad u otras consideraciones. En estos casos, la reducción de magnificación en el instrumento producirá una mejor calidad de imagen. Si es necesario, la magnificación se puede recuperar de forma fotográfica, con una lupa o con un aumento fotográfico.

Figura 3: Reducción de la magnificación del instrumento y compensación con pequeñas pérdidas de detalle (3C en comparación con 3A). Los resultados son comparables a una micrografía grabada con una magnificación total inferior (3B).

Al reducir la magnificación, al tiempo que se conservan otras condiciones, se permite que más electrones golpeen un área de emulsión de la película sin que cambie el número de electrones que pasa por el ejemplar. Tal y como se muestra en la figura 3, la micrografía resultante es más densa y presenta un mayor contraste (3B en comparación con 3A). La magnificación que se sacrifica se puede recuperar a través de una mayor magnificación óptica (como se muestra en 3C). No obstante, la recuperación en el tamaño de la imagen puede verse acompañada por un aumento de la granulación de impresión debido a la mayor magnificación óptica.

La granulación de impresión mejorada es evidente en la menor magnificación donde se ha aumentado la tasa de muestras (3B en comparación con 3A). No hay mayor información en 3C que en 3A, pero se ha alcanzado una mayor densidad y contraste sin aumentar la exposición, un factor importante en los casos en los que se exige una limitación de la exposición.

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Ajustar exposición y revelado

La estabilidad del ejemplar determina en mayor medida si la película puede recopilar muchos o pocos electrones. La película SO-163 de imágenes de electrones funciona de forma eficiente en un amplio rango de exposiciones de electrones y reacciona antes las condiciones de revelado de compensación que dotarán a las micrografías de una densidad de impresión comparable. Debido a su versatilidad, la película SO-163 de imágenes de electrones se puede utilizar con ejemplares estables e inestables.

Figura 4: Las características de rapidez y de señal-ruido de las placas de imágenes de electrones se pueden ajustar a las condiciones de estabilidad de ejemplares seleccionando la exposición de compensación y las condiciones de revelado. Estas condiciones funcionan como puntos de inicio.

En la figura 4, la corriente de haz es la más pequeña (menos electrones) en 4A, intermedia en 4B y la más alta (más electrones) en 4C. En el mismo orden, el tiempo de revelado y la actividad del revelador se han reducido para compensar el aumento del número de electrones recuperado. De hecho, la contribución de densidad por electrón que se necesita para producir una determinada densidad se modifica en el procesamiento para ajustar el número de electrones absorbidos. Se trata de nuevo de utilizar más electrones. La recuperación de tantos electrones como la estabilidad del ejemplar permitirá y ajustará las condiciones de revelado para lograr el contraste y la densidad deseados.

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Causas del ruido de las micrografías de electrones

Los procesos utilizados en la micrografía de electrones y en la fotografía ordinaria son similares en muchos aspectos. Ambos implican la exposición de un material fotográfico, el procesamiento de este material a una imagen negativa y la impresión del negativo a una impresión positiva ampliada. La principal diferencia es la exposición de radiación-electrones para la micrografía de electrones y la luz para la fotografía convencional. Esta diferencia es un factor fundamental a la hora de trabajar con técnicas fotográficas y TEM ya que los electrones interactúan con las emulsiones fotográficas de un modo totalmente diferente al de los fotones. Las fluctuaciones aleatorias de electrones en el haz son normales. Estas fluctuaciones dan como resultado una apariencia granular característica en el negativo fotográfico procesado. Esta estructura granular (ruido) se observa fácilmente en las áreas de exposición de electrones uniforme (figura 5A) y no se debe al grano fotográfico inherente de la emulsión (figura 5B), ni es necesariamente una indicación de la inestabilidad del instrumento.

Además, cada electrón incidente es capaz de interactuar con una serie de granos de haluro de plata en su trayectoria irregular por la emulsión, lo que hace que se puedan revelar. Así pues, los electrones pueden participar de forma eficaz en la densidad de la imagen. Sin embargo, si se combina con las fluctuaciones características del haz, su eficacia participa en la estructura granular, lo que se reconoce como ruido de la imagen.

Por otro lado, cuando la luz es la radiación de la exposición, una serie de fotones deben interactuar con cada grano de haluro de plata para que se pueda revelar. Esto se debe principalmente al nivel de energía de los fotones (de dos a tres voltios de electrones para la radiación visible), que es muy inferior al de los electrones de un TEM típico (de 50.000 a 100.000 voltios). Con la exposición de fotones, la transmitancia de un ejemplar se muestra con una tasa que es un orden de magnitud mayor que la exposición de electrones. Como consecuencia, la granularidad con la exposición de fotones se reduce al nivel de la propia emulsión.

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