Начало >> Статьи >> Архивы >> Авторадиография

Разрешение в электронномикроскопической авторадиографии - Авторадиография

Оглавление
Авторадиография
Области применения авторадиографии
Радиоактивные изотопы
Авторадиография в сравнении с другими методами обнаружения ионизирующих излучений
Ядерные фотоэмульсии и фотографический процесс
Кристаллы бромистого серебра
Желатин
Скрытое изображение
Проявление скрытого изображения
Физическое проявление
Фиксирование эмульсии
Специальные методики
Цветные эмульсии
Воздействие ионизирующего излучения на ядерные эмульсии
Бета-частицы
Другие виды ионизирующего излучения
Разрешающая способность авторадиографии
Факторы, определяющие разрешающую способность зернистых авторадиограмм
Разрешение в электронномикроскопической авторадиографии
Разрешающая способность трековых авторадиограмм
Эффективность авторадиографии
Эффективность при электронномикроскопической авторадиографии
Эффективность трековой авторадиографии
Эффективность макроскопической авторадиографии
Соотношение между факторами, определяющими разрешение и эффективность
Фон авторадиограмм
Хемография
Облучение внешними источниками
Уничтожение фона
Измерение фона
Микроскопия и микрофотография авторадиограмм
Оптическая система для освещения в темном поле
Микрофотография зернистых авторадиограмм
Исследование в темном поле
Исследование и фотографирование трековых авторадиограмм
Относительные измерения радиоактивности
Перекрестные эффекты
Факторы связанные с эмульсией и влияющие на относительные измерения
Относительные измерения в трековой авторадиографии
Счет зерен и треков
Фотометрическая оценка плотности зерен
Выбор визуального или фотометрического метода счета зерен
Необходимость абсолютных измерений
Абсолютные измерения радиоактивности с помощью трековой авторадиографии
Планирование и осуществление авторадиографических исследований
Выбор эмульсии
Эксперименты с двумя изотопами
Освоение новой методики
Контрольные процедуры, необходимые для каждого эксперимента
Проектирование и оборудование темной комнаты
Гистологическая техника и авторадиография
Выбор способа гистологической фиксации
Методика приготовления гистологических срезов
Непроницаемые пленки
Приготовление авторадиограмм для микроскопии
Авторадиография растворимых радиоизотопов
Способы авторадиографии растворимого материала
Хемография и артефакты от давления
Количественные исследовани растворимых радиоактивных изотопов
Методика съемной эмульсии
Недостатки методики съемной эмульсии
Подробное описание методики  съемной эмульсии
Методики жидкой эмульсии для авторадиографии с оценкой плотности зерен
Факторы, влияющие на толщину эмульсионного слоя
Выбор подходящей толщины эмульсии
Оценка и описание методики жидкой эмульсии для авторадиографии с оценкой плотности зерен
Методика жидкой эмульсии для трековой авторадиографии
Авторадиография с электронной микроскопией
Ограничения современных методик
Детальное описание методик
Авторадиография макроскопических объектов
Авторадиография  в макроскопических образцах
Описание методик авторадиографии макроскопических объектов
Послесловие

Авторадиография с применением электронного микроскопа представляет особый случай авторадиографии с оценкой плотности зерен по схеме рис. 15, в. Эмульсионный слой здесь тонкий по сравнению с максимальным пробегом испускаемых источником β-частиц. Все факторы, обсужденные в предыдущем разделе, применимы к этой группе методик так же, как к авторадиограммам, полученным для исследований со световым микроскопом. Но проблема разрешения для случая электронной микроскопии рассмотрена более детально, в частности, потому что существует значительное расхождение между разрешением в авторадиографии и разрешающей способностью самого электронного микроскопа. Расстояния между различаемыми в электронный микроскоп структурами в 100 раз меньше, чем разрешение, достижимое существующими методами электронномикроскопической авторадиографии.
Вопрос об авторадиографическом разрешении применительно к электронной микроскопии изложен в работах [9, 10, 11]. Рассмотрим особенно подробно последние две работы. Теоретические оценки разрешения всегда затруднены. Предельно сложна ситуация, обусловленная β-частицами, которые имеют спектр начальных энергий, вылетают из источника в любом направлении и в разной степени подвергаются рассеянию в различных средах. Каждая попытка трактовать ее теоретически начинается с упрощающих предположений, и не найдется двух авторов, исходящих из одинаковых предпосылок. Интересно отметить, что часто совершенно различные подходы дают достаточно хорошо совпадающие оценки разрешения, которые вполне согласуются с наблюдаемыми распределениями зерен вокруг меченых источников.
При выявлении источника β-частиц, которые вызвали проявление зерен, наблюдаемых в электронный микроскоп, исследователь сталкивается с тремя факторами, вносящими неопределенность в решаемую задачу. Первый из них связан с тем, что β-частицы от точечного источника могут столкнуться с кристаллами галоидного серебра в расположенной над ним эмульсии, причем вероятность столкновения наибольшая для кристалла, находящегося непосредственно над источником, и уменьшается с увеличением расстояния от него. Второй возникает из-за того, что скрытое изображение, образованное при прохождении β-частиц через кристалл, лежит на предварительно образованном чувствительном пятне, которое может и не находиться на траектории частицы. Третий фактор заключается в том, что проявленное зерно серебра может не совпадать точно с положением кристалла галоидного серебра, в который произошло попадание, хотя ясно, что в какой-либо точке должен быть контакт с ним [11]. Ниже рассматриваются эти три фактора.

  1. Вероятность попадания β-частицы в отдельный кристалл. Этот геометрический фактор является наиболее трудным для расчетов. Каро [10] делает определенные упрощающие предположения. Он исходит из того факта, что если плотно упакованный монослой кристаллов лежит над источником, то вероятность активации двух кристаллов β-частицей трития очень мала.

β-Частица, попав в один кристалл, поступит оттуда в воздух или обратно в срез или же потеряет так много энергии в кристалле, что активация еще и другого кристалла становится маловероятной.
В монослое эмульсин каждый кристалл, кроме лежащего непосредственно над источником, в известной мере защищен от излучения соседними кристаллами. Поэтому ожидаемое распределение активированных кристаллов вокруг источника определяется следующими обстоятельствами: 1) вероятностью того, что β-частица будет иметь достаточную энергию для достижения кристалла на данном расстоянии; 2) эффективным размером кристалла с учетом его экранирования другими кристаллами и 3) телесным углом, в котором находится часть кристаллов, не защищенных от источника. Каро нашел, что учет этих факторов приводит к следующему выражению:

где D — вероятность нахождения активированного кристалла на расстоянии х от источника (х измеряется в долях от 1000 A); Dо — вероятность активации кристалла непосредственно над источником. На рис. 18 представлена зависимость плотности зерен или вероятности их активации от расстояния до точечного источника, рассчитанная для двух диаметров кристалла и для двух расстояний, разделяющих источник и эмульсию.

Бахман и Салпетер [11] рассчитали фактор Еg, или геометриосодержащий 50% кристаллов галоидного серебра, которые активированы испускаемыми источником β-частицами. Рассчитывая эту величину, они в отличие от Каро [10] исходили из гомогенности эмульсионного слоя. Вместо учета полного энергетического спектра они также рассматривали точечный источник как излучатель β-частиц со средней энергией 5,5 кэв. С учетом сделанных упрощений находили плотности потока β- частиц, пересекающих среднее сечение эмульсионного слоя на различных расстояниях от источника. Найденные величины с учетом поправки за счет рассеяния β-частиц в эмульсии использовали затем для оценки Eg.

Рис. 18. Ожидаемое распределение проявленных зерен серебра вокруг меченного тритием точечного источника, рассчитанное для различных вариантов. d—диаметр кристаллов галоидного серебра, образующих монослой над источником; Ут — вертикальное расстояние от источника до кристаллов. Разрешение улучшается или с уменьшением толщины образца (что эквивалентно уменьшению расстояния между источником и эмульсией), или с уменьшением диаметра кристаллов [10].

  1. Отношение скрытого изображения к траектории частицы.

Каро [10] указывает, что на расстояниях, больших 1000 А, вероятность нахождения скрытого изображения ближе к источнику по сравнению с истинной траекторией, почти совпадает с вероятностью того, что оно будет находиться дальше от него. Однако в участках эмульсии, расположенных непосредственно над источником, скрытое изображение не может быть ближе к источнику, чем траектория частицы, и находится или на одинаковом с ней расстоянии, или же более удалено. Если так, то этот фактор является не просто источником неопределенности в расчетах разрешающей способности, но явно способствует ее ухудшению. Максимальная погрешность, обусловленная этим фактором, равна диаметру кристалла галоидного серебра.

  1. Отношение проявленного зерна к скрытому изображению. Каро [10] утверждает, что при использовании методики физического проявления [12] по форме зерен можно идентифицировать положение скрытого изображения с большой точностью. Бахман и Салиетер [11] берут среднюю точку проявленного зерна и рассчитывают возможное среднее расстояние от нее до средней точки материнского кристалла.

Из этих работ совершенно ясно, что имеются значительные возможности в улучшении разрешения при использовании методик проявления, обеспечивающих получение зерен серебра малого размера.

Расчет разрешения.

В исследованиях Каро [10] срез толщиной 500А находился в прямом контакте с плотным монослоем кристаллов диаметром 1400А эмульсии Ilford L4. Фактически без расчета вышеуказанных факторов 2,3 для оценки разрешения было несколько изменено значение геометрического фактора 1, полученное в его расчетах. Определяя разрешение как горизонтальное расстояние от источника, на котором вероятность нахождения проявленного зерна равна половине значения вероятности нахождения его над самым источником, Каро делает вывод о возможности разрешения в 1000 А.
Бахман и Салпетер [11] объединяют факторы 2 и 3 в фактор Ер — средняя погрешность из-за причин, обусловленных фотопроцессом. Она задана как

где а — диаметр кристалла галоидного серебра; b — максимальный диаметр проявленного зерна серебра. Значения Ер для различных эмульсий и процессов проявления приведены в табл. 1.
Полное разрешение авторадиограммы находится тогда как

Таблица 1
Влияние методики проявления на размер проявленных зерен, фотографическую компоненту разрешения и эффективность для электронномикроскопических авторадиограмм трития, полученных с монослоем эмульсий Ilford L4 и Kodak
ΝΤΕ

Примечание. Фотографическая погрешность связана с геометрическим компонентом разрешения, зависящим от толщины образца и его расстояния до эмульсии. Эффективность определена через отношение числа проявленных зерен серебра к числу распадов трития, происшедших в образце. Подобную степень эффективности для эмульсии Ilford L4 можно достигнуть с помощью латенсификации золотом. Между образцом и эмульсией предполагается слой углерода 50 А (модификация данных работы [11]).

Таблица 2
Cуммa факторов, влияющих на разрешение, рассчитанное для двух образцов


Показатель

Образец 1

Образец 2

Толщина среза, А

350

1000

Слой углерода, А

50

50

Эмульсия

ΝΤΕ

L4

Толщина эмульсионного слоя, А

600

1300

Проявление

Золото — элон

Микродол X

Фотографическая погрешность, А Геометрическая погрешность:

280

900

определение I, А

320

730

определение II, А

720

1650

Общая погрешность, А

770

1850

Примечание. Образец 1 приготавливали в расчете на получение максимального разрешения с латенсификацией золотом эмульсии ΝΤΕ с последующей обработкой в элон- аскорбиновокислотном (ascorbic acid — Elon) проявителе, образец 2 для более низкого разрешения — с применением эмульсии L4. Определение I геометрической погрешности — расстояние от источника, на котором плотность зерен уменьшается наполовину; определение II—радиус круга с центром в источнике, по площади которого расположена половина всех зерен. Общая погрешность, представляющая полное разрешение, образуется из фотографической и второй геометрической погрешности (таблица построена по результатам работы [11]).
В табл. 2 приведено разрешение, рассчитанное для двух различных вариантов: для очень тонкого среза (350 А), покрытого эмульсией Kodak ΝΤΕ, и для более толстого среза (1000 А), покрытого эмульсией Ilford L4. Очевидно, что разрешение, рассчитанное в работе [11], хуже предсказанного в работе [10]. Однако необходимо помнить, что эти авторы по-иному определяют разрешения — как радиус круга описанной вокруг источника окружности, которая содержит 50% проявленных зерен, образуемых этим источником. Если рассчитывать разрешение, определенное по работе [10], согласно данным, приведенным в седьмой строке (табл. 2), это различие значительно уменьшится.
Приведенные расчеты свидетельствуют о тем, что при электронномикроскопической авторадиографии, как и в случае световой микроскопии, наиболее важные моменты, ограничивающие разрешение, — это удаление источника от эмульсии и толщина самого источника. Следующим по значению является размер кристаллов галоидного серебра: его уменьшение улучшает разрешение, хотя и не столь значительно, как это можно было бы ожидать. В конечном счете и размер проявленного зерна влияет на разрешение, но в меньшей степени, чем диаметр кристалла галоидного серебра.

Поскольку анализируемая ситуация очень сложна, ясно, что теоретические вычисления разрешения могут проводиться с учетом бесконечного числа факторов. Также ясно, что две совершенно разные трактовки одного и того же вопроса дают схожие результаты, согласующиеся с экспериментальными наблюдениями Каро [10].
Во многих случаях определение разрешения, которое приводят Бахман и Салпетер [11], наиболее удобно. Если указано, что 50% зерен серебра находятся в пределах данного расстояния от источника, то это эквивалентно утверждению, что источник с 50%-ной вероятностью расположен на этом же расстоянии от любого из выделенных зерен серебра. Это определение применимо при анализе авторадиограммы для установления местонахождения источника по полученному распределению зерен серебра. Разрешение, базирующееся на измерении плотности зерен [3, 10], не так легко трактовать в размерах вероятного расстояния между источником и отдельными зернами серебра.
Таким образом, для лучших методик электронномикроскопической авторадиографии, существующих в настоящее время, 50% проявленных зерен будет находиться в пределах 500— 800 А от источника в зависимости от его толщины. Это все еще плохо в сравнении с возможностью электронного микроскопа в оптимальных условиях различать структуры, отстоящие друг от друга на 5—10 А. Несомненно, усовершенствование техники в будущем сделает возможным получение более высокого разрешения. Но внутренние ограничения, обусловленные самой природой фотографического процесса и взаимодействием β-частиц с веществом, свидетельствуют о том, что без радикальных изменений в методике меченых атомов достичь разрешения лучшего, чем 100—200 А, в высшей степени маловероятно.



 
« Автоматизированный мониторинг больных сахарным диабетом детей и подростков   Актуальные проблемы низкорослости у детей »