Brevet FR2722572A1 — publié le 19960119

NOUVEAU PROCEDE POUR ANALYSER LA STRUCTURE DES GRAINS D'HALOGENURES D'ARGENT. La présente invention concerne un nouveau procédé pour l'examen de la structure topographique physico-chimique des grains d'halogénures d'argent par microscopie. En particulier, le procédé de l'invention permet d'obtenir des coupes ultra minces de grains d'halogénures d'argent, en vue d'un examen de la structure de ces grains par exemple par microscopie électronique ou par microscopie à champ proche. Depuis plusieurs années, des méthodes de microscopie ont été proposées pour l'examen de la structure topographique et physico-chimique des grains d'halogénures d'argent. Par structure topographique, on désigne l'état de la surface du grain, en fait la cartographie de cette surface à l'échelle atomique. Par structure physicochimique, on désigne la constitution et la composition de la couche superficielle du grain. Ces analyses sont particulièrement utiles dans le domaine de la photographie. En effet, pour les émulsions aux halogénures d'argent utilisées en photographie, on exige un contrôle de plus en plus rigoureux des paramètres de précipitation et une connaissance de plus en plus précise de la structure interne des grains, en vue de mieux maîtriser et d'améliorer les caractéristiques sensitométriques des émulsions et la reproductibilité de ces caractéristiques. Par exemple, dans les grains d'halogénures d'argent à coeur et à coque, il est important de connaître avec précision la répartition des différents halogénures à l'intérieur du grain afin de pouvoir corréler les améliorations sensitométriques avec les différents profils d'halogénures dans le grain. De nombreuses techniques ont été proposées et utilisées afin de déterminer la structure des grains d'halogénures d'argent comme, par exemple, la diffraction des rayons X, la spectroscopie photoélectronique des rayons X, la spectroscopie de masse des ions secondaires, ou la microscopie. Parmi toutes ces techniques, la microscopie électronique par transmission, réflexion ou balayage, ou la microscopie à champ proche, dite STM (Scanning Tunnelling Microscopy), décrite par Keyes et al dans J. Imag, Science et Technology 36, 1992, page 268, permettent une observation directe de chaque microcristal. Ces techniques de microscopies ne sont toutefois pas directement applicables à l'analyse de grains d'halogénures d'argent classiques, en particulier les microcristaux cubiques ou octaédriques car l'épaisseur de ces grains ne permet pas la transmission du faisceau d'électrons. Par ailleurs, la présence de la gélatine autour des grains empêche d'obtenir sans distorsion des informations à l'échelle atomique sur la surface des grains. Il est donc nécessaire d'obtenir des coupes ultra minces capables de transmettre le faisceau d'analyse ; mais l'obtention de ces coupes ultra-minces par microtomie implique un traitement préalable des microcristaux d ' halogénures d'argent. Zorgiebel et Haas dans "Ultramikrotomschnitte photographischer emulsionskàrner für elektronenmicroskopie", Z. Angew. Physik., 28, 215-217, 1970 ont décrit l'obtention de coupes ultra minces de grains d'halogénures d'argent. Selon ces auteurs, un film photographique constitué d'une émulsion aux halogénures d'argent couchée sur un support est traité avec une résine, ce qui permet d'obtenir un ensemble [Film-Résine] assez dur pour effectuer des coupes ultra minces avec un couteau en diamant ; toutefois, l'observation des coupes ne peut être effectuée qu'à basse température (entre -120 et -1500C). Black et al, dans "Direct observation of twin planes in silver halide grains", International symposium East-West II, Hawaii, C15:C71-C75, 1988 utilise la cryoultramicrotomie afin d'obtenir des coupes ultra minces d'une épaisseur d'environ 60 nm utilisables en microscopie électronique. Cette technique consiste à refroidir à des températures inférieures à -12OCC des microcristaux d'halogénures d'argent ou des émulsions aux halogénures d'argent couchées sur un support afin de les durcir. Cette technique de préparation des microcristaux en vue de l'examen par microscopie est très délicate, et nécessite en outre l'utilisation de couteaux en diamant. Des études plus récentes ont enfin montré que les deux faces de la coupe ultra mince obtenue par cette technique sont difiérentes, ce qui entraîne des incertitudes au moment de l'observation. Inoue, dans "Structural analysis of silver halide microcrystals using an analytical electron microscope", J. Soc. Photogr. Sci Tech. Japan, 53, 1990, utilise une méthode qui consiste à séparer les grains d'halogénures d'argent de la gélatine et à les enrober d'une résine époxy. Cette méthode présente l'inconvénient majeur d'entraîner la formation d'amas de grains d'halogénures, ce qui rend difficile l'obtention d'informations sur la morphologie des grains individuels d'halogénures d'argent. Il est donc souhaitable de mettre au point un procédé pour obtenir des coupes ultra minces de grains d'halogénures d'argent en vue d'un examen par microscopie électronique ou à champ proche, sans les inconvénients de la technique antérieure. En particulier, le procédé de la présente invention permet d'obtenir un procédé pour obtenir à température ambiante des coupes ultra minces de grains d'halogénures d'argent dispersés dans un colloïde hydrophile, par un nombre restreint de manipulations. Dans la suite de la description, le terme Microscopie" désigne la microscopie électronique ou la microscopie à champs proche. Le procédé de l'invention pour l'examen des caractéristiques topographiques et physico-chimiques de grains d'halogénures d'argent dispersés dans un colloïde hydrophile aqueux, consiste à former des coupes ultra minces de ces grains et à examiner ces coupes par microscopie et il est caractérisé en ce que, avant d'effectuer les coupes ultra minces, on réalise la séquence des trois étapes suivantes 1. on met en contact les grains d'halogénures d'argent avec un agent tannant du colloïde hydrophile, 2. on déshydrate les grains d'halogénures d'argent, et 3. on traite les grains d'halogénures d'argent avec une résine durcissante. La première de ces étapes consiste à tanner ou durcir le colloïde hydrophile servant de milieu de dispersion pour les halogénures d'argent. Cette étape comprend donc la mise en contact du colloïde avec un agent tannant ou durcisseur. Cet agent dépend du colloïde choisi. D'une façon générale, les colloïdes hydrophiles utilisés pour la dispersion des halogénures d'argent sont des protéines, telles que la gélatine, par exemple la gélatine d'os ou la gélatine de peau de porc, ou des gélatines modifiées, par exemple des gélatines acylées. Une description des colloïdes utilisables, de type protéinique, cellulosique, ou synthétique, est donnée dans Research Disclosure, publication n" 308119, chapitre IX, novembre-décembre 1989. Les agents durcisseurs ou tannants peuvent être ceux couramment utilisés pour tanner les couches photographiques. Dans la mesure où le colloïde hydrophile est la gélatine, ou un dérivé de gélatine, les agents tannants usuels comprennent les aldéhydes, notamment les dialdéhydes tels que le glutaraldéhyde, le glyoxal, les a-dicétones, les composés avec un atome d'halogène actif, les s-triazines, les vinylsulfones, etc. Des agents tannants appropriés sont décrits dans Research Disclosure, publication nO 308119, chapitre X, novembre-décembre 1989. On utilise de préférence des solutions aqueuses de ces agents tannants, avec un tampon pour stabiliser le pH. La deuxième étape de la séquence d'opérations selon l'invention consiste à éliminer l'eau présente dans l'échantillon d'émulsion qui va être utilisé pour réaliser des coupes ultra minces. Cette déshydratation peut être réalisée par toute technique connue. Une technique appropriée consiste à faire passer l'échantillon dans un solvant, ou un mélange solvant miscible avec l'eau. Un ou plusieurs passages dans un bain comprenant une cétone et/ou un alcool miscibles avec l'eau tels que l'acétone, la propanone, l'éthanol ou le propanol, ou des polyols tels que l'éthylène glycol ou les polyéthylène glycols conviennent à cet effet. On peut utiliser d'autres techniques d'imprégnation, par exemple la pulvérisation. La troisième étape de la séquence d'opérations selon l'invention consiste à consolider l'échantillon d'émulsion d'halogénures d'argent pour favoriser sa découpe ultérieure. Cette consolidation est réalisée au moyen d'une résine ou d'un précurseur de résine, qui est incorporé à l'échantillon. Si on utilise un précurseur de résine, il faut ensuite polymériser cette résine, après son incorporation à l'échantillon, pour transformer l'échantillon en un matériau dur et apte à la coupe. Si on utilise une résine préformée, on peut utiliser un agent durcisseur, capable de réticuler cette résine. De façon générale, on peut utiliser selon l'invention, une résine, soluble dans le solvant servant pour l'étape de déshydratation, de faible viscosité, par exemple comprise entre 5 et 50,0 Pa.s, de préférence entre 10,0 et 20,0 Pa.s. En outre, cette résine ne doit pas subir de variations de volume trop important, notamment par gonflement en présence de solvant, et doit résister, une fois durcie, aux faisceaux électroniques usage dans les équipements de microscopie électronique. On peut par exemple utiliser les résines époxy à 2 constituants telles que le résines Araldite, Novolac, les résines urée-formol, les aminoplastes, etc. Pour la coupe des échantillons, on utilise des ultra microtomes, par exemple l'ultra microtome REICHERT UltraCute vendu par LEICA. Grâce à la technique de la présente invention, on peut obtenir, à température ambiante, des coupes de grains d'halogénures d'argent de 20 à 100 nm d'épaisseur. Ces coupes ultra minces sont alors analysées par microscopie électronique ou à champs proche ce qui permet de déterminer la topographie et la structure physico-chimique de la surface du grains EXEMPLE On a préparé une émulsion de bromoiodure d'argent constituée d'un mélange de trois émulsions monodisperses à grains cubo octaédriques à coeur de bromoiodure d'argent à 5 % d'iodure et coque de bromure d'argent, le diamètre des grains étant compris entre 0,3 et 1,0 ssm. Des échantillons de cette émulsion sous forme de cubes de 1 mm d'arête sont plongés dans une solution à 5 % en masse de glutaraldéhyde dans l'eau pure pendant 30 minutes à température ambiante. On lave les échantillons 3 fois pendant 20 minutes avec une solution tampon de composition NaH2P041H20 8 g Na2HPO4,7H20 23,25 g NaCl 5,0 g H20, QSP 1 1 On déshydrate ensuite les échantillons en les plongeant successivement dans trois bains, respectivement, acétoneeau 50-50 ; acétone-eau 70-30 et acétone 100 %, chaque fois pendant 30 minutes à la température ambiante. On prépare une solution A de résine suivante Résine EM 812t 5 ml Anhydride dodécényl succinique 8 ml On prépare la solution B de résine suivante Résine EM 812Q 7 ml Nadic Méthyl Anhydrides 8 ml - La résine EM 812Q est une résine époxy vendue par EMS. - Le Nadic Méthyl Anhydride est un mélange d'isomères de l'anhydride bicyclo[2,2,l]heptène-2,3-dicarboxylique vendu par Allied Chemical Corporation. On mélange les solutions A et B et à 15 ml du mélange A-B, on ajoute 15 gouttes de 2,4,6-tri(dimethylàmino- méthyl)-phénol. On plonge les échantillons d'émulsion dans successivement 3 solutions comprenant des proportions croissantes du mélange ci-dessus dans l'acétone à savoir 1/3, 1/1 et 3/1, chaque fois pendant 1 heure. On polymérise ensuite en chauffant pendant 36 heures à 600C. Les échantillons sont alors prêts pour la coupe au moyen d'un ultramicrotome classique (REICHERT UltraCute vendu par LEICA), équipé d'un couteau en diamant. On peut ainsi obtenir des coupes de 30 nm d'épaisseur qui sont ensuite analysées par microscopie électronique ou à champ proche afin de déterminer la topographie et/ou la structure physico-chimique de la surface de grains ainsi obtenue. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour examiner les caractéristiques topographiques et physico-chimiques de grains d'halogénures d'argent dispersés dans un colloïde hydrophile aqueux, qui consiste à former par ultramicrotomie des coupes ultra minces des grains d'halogénures d'argent dispersés dans le colloïde et à examiner ces coupes ultra minces par microscopie, le procédé étant caractérisé en ce que avant de former les coupes ultra minces, les grains d'halogénures d'argent dispersés dans le colloïde hydrophile à analyser sont successivement (1) mis en contact avec un agent tannant du colloïde hydrophile, (2) déshydratés, et (3) traités avec une résine durcissante. 2 - Procédé selon la revendication 1 dans lequel le colloïde hydrophile est la gélatine ou un dérivé de gélatine. 3 - Procédé selon la revendication 1 dans lequel le colloïde est la gélatine et l'agent tannant est choisi parmi les aldéhydes, les dialdéhydes, les vinylsulfones, les tannants à atome d'halogène actif. 4 - Procédé selon la revendication 3 dans lequel l'agent tannant est une solution à 5 % en poids de glutaraldéhyde. 5 - Procédé selon la revendication 1 dans lequel, pour l'étape (2), on utilise un agent de déshydration qui est un solvant miscible à l'eau. 6 - Procédé selon la revendication 1 dans lequel la résine est choisie parmi les résines époxy, les résines urée formol, les aminoplastes. 7 - Procédé selon la revendication 6 dans lequel la résine est une résine époxy à deux constituants. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'examen topographique des grains est réalisé par microscopie électronique. 9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'examen topographique des grains est réalisé par microscopie à champ proche. 10 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'examen physico-chimique est réalisé soit par microscopie électronique classique, soit par spectroscopie à champ proche. 11 - Procédé selon la revendication 1 dans lequel les coupes ultra minces ont une épaisseur d'environ 20 nm à 100 nm. 12 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les grains d'halogénures d'argent dispersés dans le colloïde hydrophile constituent une émulsion photographique. 13 - Coupe ultra mince de grains d'halogénures d'argent dispersés dans un colloïde hydrophile utilisable en microscopie ayant une épaisseur d'environ 20 nm à environ 100 nm susceptible d'être obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12. 14 - Coupe ultra mince selon la revendication 13 d'une émulsion photographique.