Técnicas

Como es sabido, la utilidad del microscopio óptico se acaba cuando queremos observar detalles de tamaño inferior al rango de longitudes de onda que abarca la luz visible en el espectro electromagnético (Ley de Abbe). Es entonces cuando entra en juego el microscopio electrónico, cuya fabulosa capacidad de resolución es debida a que utiliza como fuente de luz una emisión lineal de electrones. Los electrones acelerados, como toda carga eléctrica en movimiento, producen una radiación electromagnética cuya longitud de onda es proporcionalmente inversa a la velocidad, resultando varios órdenes de magnitud inferior a la luz visible.

Todo microscopio electrónico basa su funcionamiento en tres ejes fundamentales:
  • Fuente de electrones que ilumina la muestra.
  • Lentes electromagnéticas que dirigen el haz de electrones hacía la muestra de la manera más conveniente.
  • Sistema que capta los efectos de dicho haz al incidir sobre el espécimen y los visualiza.
Al entrar en más detalles veremos que, según a que tipo de microscopio nos refiramos, estos principios se implementan técnicamente de distintas maneras. La fuente de energía

En los microscopios electrónicos considerados se utiliza un mismo caudal energético: electrones. Éstos pueden ser generados mediante tres tipos de fuente:
  • Filamento de tungsteno: el más económico, pero también el que produce un haz de mayor tamaño. Corta duración.
  • Filamento de hexaboruro de lantano: mayor duración y haz más fino. También es más caro y precisa un vacío mayor.
  • Emisor de efecto de campo: continuando la progresión, es más caro y precisa aún mayor vacío, pero ofrece el haz más fino.
Mientras en los dos primeros los electrones son expelidos por calentamiento, en el de efecto de campo son extraidos por un intenso campo eléctrico. Una vez libres, los electrones son acelerados sometiéndolos a una gran diferencia de potencial eléctrico.

Lentes electromagnéticas

Los electrones acelerados son moldeados por una serie de lentes electromagnéticas dispuestas en serie que se distinguen según su función:
  • Condensadoras: su misión es afinar el haz, definiendo su tamaño y el nivel de convergencia.
  • Objetivo: forman la imagen inicial del especimen.
  • Intermedia: aumenta la imagen inicial y define el foco.
  • Proyectoras: junto a la intermedia, proporcionan el nivel de aumento de la imagen inicial.
Además de las lentes, existen diversas bobinas electromagnéticas que se encargan de desplazar el haz longitudinalmente cuando es necesario.
Boca de chanquete
Visualización

Al incidir el haz de electrones sobre la muestra, interactúa con ella y se producen diversos efectos que serán captados y visualizados en función del equipo que utilicemos.

  • Intestinos
    Electrones secundarios: se producen cuando un electrón del haz pasa muy cerca del núcleo de un átomo de la muestra, proporcionando la suficiente energía a uno o varios de los electrones interiores para saltar fuera de la muestra. Estos electrones son de muy baja energía (por debajo de 5eV), por lo que deben encontarse muy cerca de la superficie para poder escapar. Precisamente por eso proporcionan una valiosa información topográfica de la muestra, y son los utilizados principalmente en microscopía de barrido.
  • Electrones retrodispersados: se producen cuando un electrón del haz choca frontalmente con el núcleo de un átomo de la muestra, siendo repelido en sentido contrario fuera de la muestra. La intensidad de dicho efecto varía proporcionalmente con el número atómico de la muestra. Por esta razón se utilizan para obtener un mapa con información sobre la composición superficial de la muestra, también utilizado en microscopía de barrido.
  • Electrones Auger: cuando un electrón secundario es expulsado del átomo, otro electrón más externo puede saltar hacia el interior para llenar este hueco. El exceso de energía provocado por este desplazamiento puede ser corregido emitiendo un nuevo electrón de la capa más externa. Estos son los llamados electrones Auger, y son utilizados para obtener información sobre la composición de pequeñísimas partes de la superficie de la muestra.
  • Rayos X: en el proceso descrito anteriormente, el exceso de energía también puede ser balanceada mediante la emisión de rayos X; éstos son característicos de cada elemento de la muestra, por lo que se utilizan para obtener información sobre la composición de la muestra. A diferencia de los electrones auger de baja energía, los rayos X proporcionan información analítica de un volumen considerable de la muestra.
En microscopía de transmisión, al utilizar especímenes muy finos, se producen además las siguientes reacciones:

  • Electrones transmitidos o no dispersados: Son los que atraviesan la muestra limpiamente sin
    interactuar con ella. Son inversamente proporcionales al grosor de la muestra y producen las zonas más claras o brillantes de la imagen de transmisión.
  • Electrones dispersados elásticamente: Aquellos que son desviados de su trayectoria original por los átomos de la muestra sin pérdida de energía, y posteriormente transmitidos a través de ella. En materiales cristalinos, estos electrones son desviados en un ángulo fijo que viene marcado por la longitud de onda del haz y la distancia entre los planos atómicos de la muestra (Ley de Bragg), proporcionando imágenes de difracción de electrones que revelan valiosos detalles sobre la estructura espacial de los átomos en la muestra observada. La interferencia de estos electrones con los transmitidos aumentan dramáticamente el contraste y son esenciales para obtener imágenes de alta resolución (HRTEM).
  • Electrones dispersados inelásticamente: Aquellos que son desviados de su trayectoria original por los átomos de la muestra con pérdida de energía, siendo posteriormente transmitidos o bien dispersados de nuevo. Los que son dispersados por segunda vez elásticamente forman las llamadas líneas de Kikuchi, de gran importancia en el estudio de estructuras cristalinas. Estos electrones también son utilizados en espectroscopía de pérdida de energía de electrones (EELS), que proporciona información tanto de los elementos presentes en la muestra como de la naturaleza de sus enlaces.

Aplicaciones

Las aplicaciones más importantes de las diferentes técnicas disponibles son:

Microscopía electrónica de barrido

  • Polen
    Estructura y ultraestructura de tejidos y órganos animales y vegetales.
  • Inmunocitolocalización de macromoléculas.
  • Patologías animales y vegetales.
  • Estudios forenses (búsqueda de partículas, tejidos, hilos, semen...)
  • Identificación de minerales y susteancias sintéticas.
  • Estudios de corrosión de metales y aleaciones.
  • Biodeterioro de obras de arte.
  • Textura de rocas y minerales.
  • Irregularidades de piezas fabricadas en cadena.

Equipamiento

Este laboratorio está dotado con los equipos:

Microscopio electrónico de barrido
Microscopio electrónico de barrido JEOL JSM-840, ampliado con un sistema de adquisición digital de imágenes, con las siguientes características:
  • Voltaje de aceleración: desde 0,2 hasta 40kV.
  • Cañón de electrones: termoiónico con filamento de W.
  • Corriente del haz: de 10-5 a 10-12 A.
  • Resolución según distancia de trabajo (WD):
    • a 8 mm: 4 nm.
    • a 39 mm: 10 nm.
  • Nivel de vacío en la columna: 10-4 Pa
  • Rango de aumentos: x10 hasta x300000
  • Aperturas de la lente objetivo: 0,05 mm, 0,07 mm, 0,11mm y 0,17 mm.
  • Movimientos de la muestra:
  • Dirección X - 50mm.
    • Dirección Y - 70 mm.
    • Dirección Z - 40 mm (8, 15, 25, 39 y 48 mm).
  • Inclinación de -5º a 90º.
  • Rotación de 360º (sin fin).
  • Captación digital de la señal analógica en 256 tonos de gris.
  • Tamaño de la imagen: hasta 2048x1536.

Microscopio de barrido JEOL JSM-6490LV con las siguientes características:
  • Voltaje de aceleración: desde 0,3 hasta 30 kV.
  • Cañón de electrones: termoiónico con filamento de W.
  • Resolución de imagen:
    • 3 nm a 8 mm de WD y 30kV con electrones secundarios.
    • 4 nm a 5 mm de WD y 30kV con electrones retrodispersados.
  • Nivel de vacío en la columna:
  • 10-4 Pa en modo HV.
  • de 1 a 270 Pa en modo LV.
  • Rango de aumentos: x5 hasta x300000.
  • Aperturas de la lente objetivo: 0,02 mm, 0,03 mm y 0,1mm.
  • Movimientos de la muestra:
    • Dirección X - 125 mm.
    • Dirección Y - 100 mm.
    • Dirección Z de 5 a 80 mm continuo.
  • Inclinación de -10º a 90º.
  • Rotación de 360º (sin fin).
  • Captación digital de la señal analógica en 256 tonos de gris.
  • Tamaño de la imagen: desde 320x240 hasta 2560x1920 pixels.

Además, para la preparación de muestras cuenta con:

  • Unidad de desecación para muestras biológicas Bal-tec CPD 030.
  • Unidad de metalización JEOL JCC 1100.

Personal Microscopía Electrónica de Barrido


Gregorio Martín
D. Gregorio Martín Caballero
Técnico responsable
phone_icon40px +34 952 13 1984
email_icon40px gmartinc@uma.es
Ubicación
Edificio SCAI, Planta Sótano
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