Los microscopios electrónicos son instrumentos científicos que utilizan un haz de electrones extremadamente energéticos para estudiar objetos en una escala precisa. Este examen puede producir información sobre la topografía, morfología, composición e información cristalográfica sobre el objeto. Los microscopios de luz tenían ciertas limitaciones como la física de la luz con un aumento de 500x o 1000x y una resolución de 0,2 micrómetros, lo que instigó el desarrollo de los microscopios electrónicos. A principios de la década de 1930 se había alcanzado este límite teórico y había una aspiración científica de comprender los detalles finos de las estructuras internas de las células orgánicas como el núcleo, las mitocondrias, etc. Esto requería un aumento de 10,000x y superior, que simplemente no era imaginable con microscopios de luz. .
Microscopio de Transmisión de Luz, excepto que se usa un haz de electrones enfocado como reemplazo de la luz para «ver a través» de la muestra. Max Knoll y Ernst Ruska desarrollaron el instrumento en Alemania en 1931. Sin embargo, el primer microscopio electrónico de barrido (SEM) salió en 1942 con los primeros instrumentos comerciales alrededor de 1965. Su desarrollo retrasado se debió a la electrónica detrás del «barrido» del haz. De electrones a través de la muestra.
Este tipo de microscopio electrónico utiliza un rayo para crear una imagen, con electroimanes que actúan como lentes. El límite de resolución se incrementa en un factor de 1000 en el microscopio óptico. El microscopio electrónico de transmisión (TEM) produce una imagen bidimensional (2D) de una sección ultra delgada al capturar los electrones que han pasado a través de la muestra. El grado de interacción entre los electrones y la mancha de metales pesados influye en la energía cinética de los electrones, que son recogidos por una placa fluorescente.
La luz de intensidad fluctuante producida es proporcional a la energía cinética del electrón y se emplea para desarrollar la imagen. El microscopio electrónico de transmisión es útil para estudiar el interior de una célula y su ultra estructura. Un microscopio electrónico de barrido (SEM) que se utiliza para hacer una imagen tridimensional de la superficie de la muestra.
PRINCIPIO DEL MICROSCOPIO ELECTRÓNICO
El haz de electrones de alta energía interactúa con la muestra dentro de un área particular de sección transversal dependiendo de la energía del haz de electrones. Un electrón acelerado penetra en el átomo y su camino se desvía, provocando su dispersión. En algunos casos, incluso puede producirse una retrodispersión completa que produce los electrones retrodispersados (BSE). El microscopio electrónico utiliza todas las interacciones que ocurren entre la materia y el electrón altamente acelerado que incide sobre ella. Estos electrones transmitidos se enfocan con la ayuda de lentes electromagnéticos y su longitud de onda muy corta permite obtener imágenes de la muestra con una resolución espacial muy alta en comparación con el microscopio óptico.
Los electrones altamente acelerados están listos para transmitirse a través de una muestra delgada y se utilizan para la formación de imágenes en microscopía electrónica de transmisión. Estos electrones pueden transmitirse sin dispersión a través de la muestra, o pueden dispersarse elásticamente o elásticamente.
En la dispersión elástica, los electrones bombardeados se desvían de su camino original y los átomos de la muestra o espécimen los dispersan sin ninguna pérdida de energía. Dicho electrón sale de la muestra con casi la misma kE y velocidad que poseía inicialmente. Sin embargo, la trayectoria del electrón puede cambiar después de la interacción con la muestra. Una interacción de dispersión inelástica implica la transferencia de energía de los electrones incidentes a la muestra con la pérdida de energía. Este patrón puede proporcionar información sobre la estructura, las disposiciones atómicas y las fases presentes dentro del área que se está examinando.
El espécimen grueso no permite que los electrones incidentes se transmitan, sino que resultan en interacciones que generan electrones en la superficie con diversas energías. Estos electrones se utilizan para obtener imágenes en SEM.
Algunos de los electrones y radiaciones generados como resultado de la interacción materia-electrón y que se utilizan en la obtención de imágenes de microscopía electrónica se analizan a continuación.
i) Electrones retrodispersados: los electrones retrodispersados después de interactuar con la muestra por dispersión elástica en un ángulo superior a 90 grados se denominan electrones retrodispersados (BSE). Estos electrones a menudo se distinguen por la idea de su alto KE cuando escapan de la muestra con energías muy parecidas a la energía del haz primario.
La fracción de electrones primarios que escapan como EEB se da debido al coeficiente de retrodispersión η que varía directamente con el número de la muestra. Los elementos de mayor número atómico producen más BSE y parecen más brillantes que los elementos de menor número atómico. Debido a esto, las imágenes de la EEB muestran un contraste en diferentes partes de la muestra que tienen un número promedio diferente.
ii) Electrones secundarios: durante las interacciones inelásticas, los electrones incidentes pueden transferir su energía a los electrones de valencia. Estos electrones están débilmente unidos al núcleo y solo necesitan una pequeña cantidad de energía para vencer la fuerza de unión y expulsar el átomo. Estos se conocen como electrones secundarios (SE). La mayoría de los SE se expulsan con un kE pequeño (<50 eV), por lo tanto, solo aquellos que están cerca de la superficie, es decir, generados solo dentro de una profundidad muy pequeña (<2 nm), pueden escapar al vacío. Por esta razón, las imágenes SEM utilizan SE para estudiar la topografía de la muestra. El coeficiente de electrones secundarios (δ) se calcula como el número medio de electrones secundarios producidos por electrón primario.
iii) Ionización de capa interna: el electrón incidente que pasa muy cerca de un átomo puede transferir una parte de su energía a un electrón de capa interna. Sin embargo, para la eyección, estos electrones requieren una gran cantidad de energía ya que están fuertemente unidos al átomo.
Si el electrón acelerado posee suficiente energía para su expulsión, el electrón de la capa interna se expulsa como electrones secundarios de alta energía cinética.
v) Rayos X característicos: en el proceso de expulsión de un electrón de capa interna, se crea una vacante dentro de la capa de energía más baja. Para mantener el desequilibrio de energía, los electrones de un nivel de energía más alto llenan el agujero de electrones durante un nivel más bajo. Esto suele ir acompañado de la emisión de un fotón de rayos X que tiene una energía característica que depende de la diferencia entre los 2 niveles de energía implicados en la transición de electrones.
v) Electrones de barrena: la emisión de electrones de barrena es un mecanismo de estabilización del átomo después de la ionización de la capa interna, análogo a la emisión de rayos X. La emisión de un electrón del núcleo se produce al adquirir una gran cantidad de energía del electrón incidente, dejando el ion durante un estado muy excitado. Este ión tiende rápidamente a volver a un estado de menor energía mediante la emisión de un electrón sinfín que ioniza el átomo. El vacío formado en una capa interna se llena con un electrón que cae de una capa superior
y, por lo tanto, la energía liberada en este proceso se transfiere a otro electrón, que emite desde el átomo en forma de electrón Auger.
i) Luminiscencia catódica:
Cuando una muestra o espécimen es bombardeado por electrones de alta energía, uno o más electrones del nivel de energía más bajo son promovidos al nivel de conducción de energía más alta mientras regresan al estado de valencia del estado fundamental, pueden quedar atrapados temporalmente por un corto tiempo en algunos trampas extrínsecas o intrínsecas hechas debido a impurezas o defectos estructurales en la celosía. La pérdida de energía se produce dejando esta normalmente en la región UV, Visible o IR que dan lugar a la luminiscencia.
Aplicaciones del microscopio electrónico
No hay crimen sin pistas; incluso los criminales expertos más destacados tienden a dejar rastros de los delitos que cometieron. Las investigaciones forenses según un perito informáticoVigo tienen como objetivo examinar las evidencias dejadas en la escena del crimen y analizarlas.
Hay varias aplicaciones en microscopio electrónico:
- Análisis de residuos de disparos
- Identificación de armas de fuego: comparación de marcas de balas
- Investigación de piedras preciosas y joyas
- Examen de partículas y fibras de pintura.
- Investigación de bombillas de filamento en señales de tráfico
- Examen de escritura y escritura / falsificación
- Billetes de banco falsificados
- Comparación de trazas
- Examen de materiales no conductores
- Imágenes de superficie de alta resolución.
