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El microscopio electrónico



El primer microscopio electrónico fue construido por Bruche y Johnsson en el año 1932. Cuatro años más tarde se perfecciona las técnicas y se consiguen microscopios electrónicos que superan con creces la resolución que obtienen los microscopios ópticos.
El microscopio electrónico reemplaza a la luz por un flujo de electrones. Se compone de un tubo de rayos catódicos. El cátodo se compone de un filamento de tungsteno que al recibir energía emite electrones que son atraídos hacia el ánodo. La lente del condensador dirige esa luz hacia el objeto que se observa. Estos electrones impactan contra la prelación y se desvían de manera no uniforme.
El aumento máximo que un microscopio electrónico consigue es de 2.000.000X.

Clases de microscopios electrónicos

El microscopio electrónico de transmisión: hace uso de un haz de electrones acelerados a través de un alto voltaje. Este haz incide e ilumina una pequeña sección de la muestra.
El microscopio electrónico de barrido: es utilizado para analizar la topografía y morfología de los elementos. Se compone de lentes magnéticas que utilizan un haz de electrones que penetran varias veces en la muestra y produce una imagen ampliada de la superficie que se observa.
El microscopio electrónico mixto: es una mezcla entre los microscopios anteriores.




El microscopio electrónico es el tipo de microscopio más potente que existe hasta el momento. El poder brindar el mayor número de aumentos lo convirtió en un aliado de la investigación científica.

Cómo funciona el microscopio electrónico

Longitud de onda y aumentos máximos

Para comprender cómo funciona este microscopio es indispensable conocer algunos conceptos físicos como por ejemplo, la longitud de onda.
La longitud de onda es la distancia entre dos ciclos consecutivos. En el caso de la luz visible, cada color tiene una longitud de onda específica. Esto es muy importante porque se relaciona de forma directa con la cantidad de aumento máximo que puede lograrse.
El máximo aumento de un microscopio es inversamente proporcional a la longitud de onda del medio con el que se observa. A menor longitud de onda, mayor es la resolución que puede alcanzarse.
Aplicando estos principios se obtiene que el aumento máximo que un microscopio óptico puede alcanzar sea de 1500x.

Principios de funcionamiento del microscopio electrónico

La base fundamental este tipo de microscopio es que utiliza electrones en vez de luz visible. La longitud de onda con la que se mueven los electrones es inversamente proporcional a la velocidad. Esto implica que si son acelerados a altas velocidades se obtienen longitudes de onda muy corta.

Explicación resumida y simple

Una fuente de electrones es acelerada a alta velocidad. Esos electrones chocan con la muestra de forma equivalente a cómo sería iluminada por luz visible. Algunos de esos electrones, son reflejados mientras que otros atraviesan la muestra. A través, de la detección de esos electrones se reconstruye la imagen.
Así como los microscopios ópticos pueden clasificarse entre microscopios de luz reflejada y microscopios de luz transmitida, los microscopios electrónicos puede diferenciarse en microscopios electrónicos de transmisión y microscopios electrónicos de barrido.

Partes del microscopio electrónico

Fuente de electrones

Se precisa de un emisor de electrones, es el equivalente a la fuente de luz en el microscopio óptico. Por lo general, se utiliza filamento de tungsteno. Ese filamento se calienta y así se incrementa la energía de los átomos. Cuando llega cierto nivel energético los electrones escapan de los átomos. Esos electrones libres son los que se dirigen hacia la muestra.

Lentes electromagnéticas

Son lentes que generan campos eléctricos y magnéticos de modo tal que interaccionan con los electrones para que sus trayectorias converjan y diverjan en un punto. Son los equivalentes a las lentes convergentes y divergentes que se usan en los microscopios electrónicos para desviar los rayos de luz.

Cámara de vacío

Este procedimiento debe tener lugar dentro de una cámara de vacío. De lo contrario, los electrones verán sus trayectorias alteradas debido a la presencia de aire. La muestra se coloca dentro de una cámara de vacío por lo que no es posible hacer observaciones de muestras vivas con este microscopio.

Detector (Pantalla fluorescente)

Cuando los electrones impactaron contra la muestra se obtiene la información necesaria para reconstruir la imagen. Una opción es utilizar una pantalla fluorescente. Esa reacciona de diferentes maneras según la cantidad de electrones que impactan en ella. Con esto se deduce la imagen. Otra opción es utilizar sensores CCD.
La imagen captada por la pantalla fluorescente se transmite a una computadora donde se procesan los datos y se asignan colores artificiales.

Tipos de microscopios electrónicos

Hay dos tipos de microscopios electrónicos. Los microscopios electrónicos de transmisión y los microscopios electrónicos de barrido.

Microscopio electrónico de transmisión (MET)

En este microscopio se utilizan los electrones que atraviesan la muestra para crear la imagen ampliada.
Los electrones son dirigidos hacia la muestra por medio de las lentes electromagnéticas. Cuando estos impactan contra ella, algunos la atraviesan mientras que otros son dispersados. Esos electrones que pasan al otro lado son los que son detectados.
La cantidad que atraviesa la muestra varía en función de las características de la muestra. Donde más electrones pasan, más clara es la zona. Mientras que en las que menor cantidad de electrones logran atravesar son más oscuras.
Para poder usar este microscopio es necesario que la muestra sea muy fina (debe ser menor a 2000 ánstroms. Si es más gruesa hace imposible que los electrones logren atravesarla.
Este tipo de microscopía sirve para analizar detalles internos de la muestra pero no logra tomar datos de la superficie. No brinda detalles acerca de la forma o rugosidad de la muestra. Para observar esas características se debe utilizar un microscopio electrónico de barrido.

Microscopio electrónico de barrido (MEB)

Al igual que en el microscopio de transmisión, en este tipo de microscopio también es necesario que los electrones sean disparados contra la muestra. La gran diferencia es que los electrones hacen como un escaneado de toda la muestra.
En el impacto con la muestra los electrones pierden algo de su energía. Una parte se transforma en calor o en rayos X. Además, el choque de electrones provoca que electrones de la propia muestra se desprendan. A estos se los conoce como electrones secundarios.
Por lo general, los microscopios de barrido toman datos de los electrones secundarios para formar la imagen. Es una técnica muy útil para lograr observar detalles de la superficie de pequeñas muestras. Por lo general, se deposita una fina capa de metal sobre la muestra para incrementar la cantidad de electrones secundarios que se desprenden al bombardear con electrones. A pesar que parezca lo contrario, este proceso es mucho más sencillo que la preparación de muestras para el microscopio de transmisión.
Los microscopios electrónicos de barrido logran aumentos menores que los de transmisión. Pero la información que brinda con imágenes tridimensionales lo hace ideal para el estudio de determinadas muestras.

Historia del microscopio electrónico

El microscopio electrónico se inventó en el siglo XX y se consiguió gracias a los avances en la teoría ondulatoria del electrón que fue inventada por Louis Victor de Broglie.
Fueron los ingenieros alemanas Ernst Ruska y Max Knoll quienes comprendieron que era posible aplicar esa teoría para construir un microscopio electrónico. En el año 1931, construyeron un prototipo de microscopio electrónico que si bien era funcional los aumentos conseguidos estaban muy por debajo de los aumentos de un microscopio óptico. Ese prototipo apenas llegaba a los 400x mientras que los microscopios ópticos conseguían unos 1500x.
Dos años más tarde, lograron desarrollar un microscopio electrónico que superaba los aumentos de un microscopio óptico. Ya en el año 1938, Siemens comercializa el primer microscopio electrónico.
Esos primeros microscopios electrónicos eran de transmisión. Es decir, los electrones atraviesan la muestra y luego impactan contra un detector donde se reconstruye la imagen. Los microscopios de transmisión actuales logran unos 2.000.000x.
A finales de los treinta, Manfred von Ardenne desarrolló un nuevo tipo de microscopio electrónico: el microscopio electrónico de barrido. En estos los electrones no atraviesan la muestra sino que son reflejados.
Los microscopios electrónicos se fueron perfeccionando con el correr de los años. Ernst Ruska obtuvo el Nobel de física en el año 1989 por sus aportes a este campo de la microscopía.
En el año 2010, se comenzó a construir el microscopio electrónico más potente del mundo. El costo de su construcción fue de 15 millones de euros y demoró dos años. Ese microscopio logra alcanzar los 50 picómetros de resolución.

Resumen

El microscopio electrónico brinda una cantidad de aumento enormemente superior a la del microscopio óptico.
Su base es el uso de electrones en lugar de luz para lograr las imágenes de las muestras.
Las partes principales de un microscopio electrónico son: fuente de electrones, lentes electromagnéticas, cámara de vacío y pantalla fluorescente.
Las imágenes obtenidas deben ser procesadas por programas informáticos.
Los dos tipos de microscopios electrónicos más comunes son: el microscopio electrónico de transmisión y el microscopio electrónico de barrido.
El microscopio electrónico de transmisión se usa para observar estructuras internas en una muestra.
El microscopio electrónico de barrido se usa para hacer una imagen tridimensional de la muestra.

2 comentarios:

Anónimo dijo...

me gusta mucho gracias:-)

Admin dijo...

Gracias por tu comentario

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