El microscopio electrónico de barrido
El microscopio electrónico fue inventado en 1931 por Max Knoll y Ernst Ruska en Berlín, Alemania. Crearon los microscopios electrónicos con el deseo de obtener imágenes de mayor resolución de lo que permitiría un microscopio óptico. Los microscopios ópticos tienen un límite de resolución teórico de 200 nanómetros, y en 1944 los SEM estaban operando con un límite teórico de solo 2 nanómetros. Esto significa que podrían obtener imágenes de objetos más detalladas que las que permitirían los microscopios ópticos.
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Un microscopio electrónico de barrido (SEM) funciona disparando un haz de electrones a un objetivo de muestra y luego recolectando las señales emitidas por su interacción. A lo largo de esta lección, veremos en detalle cómo funciona un SEM aprendiendo sobre los componentes principales del microscopio. Luego veremos para qué se puede utilizar este instrumento científico repasando algunos de los tipos de análisis que puede realizar un SEM.
Componentes SEM
Un microscopio electrónico de barrido es un instrumento complicado. Se necesita una gran cantidad de precisión para manipular un haz de electrones para crear estas imágenes magnificadas increíblemente detalladas. Sin embargo, por complicado que sea el microscopio, se puede dividir en varias secciones distintas. Veamos cada uno de ellos.
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Pistola de electrones
La primera parte del SEM es el cañón de electrones. Como sugiere el nombre, un cañón de electrones dispara electrones a la muestra que está ampliando. Los electrones se pueden crear de diferentes formas, pero el método más común calienta un alambre de tungsteno para producir los electrones.
Lentes condensadores
La segunda parte de un SEM es la lente del condensador . Esto se usa para estrechar el haz de electrones emitido por el cañón de electrones. Esta lente no está hecha de vidrio como cabría esperar. En cambio, es una lente hecha de bobinas de alambre que crean un campo electromagnético que comprime los electrones a medida que viajan a través de él.
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Aberturas
A continuación están las aberturas . Estos le permiten controlar el diámetro del haz de electrones que pasa a través de ellos. La abertura consta de una varilla de metal con orificios de diferentes tamaños cortados en ella. El diámetro del haz de electrones se controla cambiando el orificio por el que viaja. La apertura también bloquea los electrones adicionales que no se condensaron completamente en el haz para que no golpeen la muestra.
Lente objetivo y cámara de muestra
Después de las aberturas hay otra lente electromagnética llamada lente objetivo . Esta es la lente final que enfoca el haz de electrones hacia la muestra.
Una vez que pasa a través de la lente del objetivo, el haz de electrones pasa a la cámara de muestra . Esta cámara mantiene la muestra al vacío para eliminar la interferencia de partículas no deseadas. El objetivo en sí debe ser conductor para evitar la carga y permitir una mejor calidad de imagen. Si el objetivo no está hecho de un material conductor natural, se puede recubrir con uno, como el oro.
Detectores
Finalmente, están los detectores . Se utilizan para crear imágenes ampliadas y recopilar otros datos. Lo que detectan son las diversas señales emitidas por la muestra cuando es golpeada por electrones del rayo que la recorre. Estas señales incluyen electrones secundarios, electrones retrodispersados y rayos X, entre otros.
Análisis SEM
La forma de análisis más conocida realizada por un SEM es el análisis morfológico y topográfico de una muestra. En términos sencillos, esto significa estudiar la estructura de una muestra y las características físicas con un aumento extremo. Esta información es recopilada por el SEM utilizando las señales de electrones secundarios y retrodispersados; sin embargo, son los electrones secundarios los que dan la vista más detallada de la muestra. Los usos de la ampliación de alta resolución son extremadamente amplios y abarcan muchas disciplinas científicas diferentes. Esto puede incluir cualquier cosa, desde evaluar la longitud de los nanocables, observar la estructura celular, analizar diminutas fracturas superficiales en sustancias y mucho más.
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Si bien los electrones retrodispersados no proporcionan información morfológica y topográfica tan precisa como lo hacen los electrones secundarios, también tienen otras aplicaciones. Los electrones retrodispersados pueden proporcionar un análisis de composición de una sustancia. Específicamente, pueden decir qué áreas de una muestra tienen un peso atómico más alto que otras. Junto con esto, también pueden proporcionar información sobre la estructura de muestras cristalinas.
Finalmente, los rayos X emitidos por la muestra se pueden utilizar para realizar espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (EDS). EDS se utiliza para proporcionar análisis químicos de la muestra en el SEM. Se puede utilizar para identificar los elementos de una muestra y determinar las proporciones de esos elementos. EDS es capaz de identificar elementos porque los rayos X se emiten con niveles de energía característicos de sus elementos correspondientes dentro de la muestra.
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Resumen de la lección
Los microscopios electrónicos de barrido son capaces de crear imágenes de mayor resolución que las que permiten los microscopios ópticos disparando un haz de electrones a una muestra y recogiendo las señales que emite. Se necesita un instrumento complicado para crear estas imágenes, pero se puede dividir en varias partes distintas.
El cañón de electrones crea los electrones que se disparan a la muestra. Estos electrones luego pasan a través de la lente del condensador , una lente electromagnética, que los compacta en un haz. A continuación, el haz de electrones atraviesa una abertura que restringe aún más el tamaño del haz. Después de la apertura, el rayo pasa a través de la lente del objetivo y se enfoca sobre la muestra que se mantiene al vacío en la cámara de muestra . Finalmente, las señales emitidas por el haz que golpea la muestra se recogen en los detectores y se utilizan para obtener información sobre la muestra.
El tipo de análisis que puede realizar un SEM depende de las señales que recopila. Los electrones secundarios permiten realizar imágenes de alta resolución para análisis morfológico y topográfico. Los electrones retrodispersados crean imágenes de menor calidad de lo que permiten los electrones secundarios, pero también se pueden usar para análisis de composición. Por último, los rayos X pueden permitir el análisis químico cuando se utilizan en espectroscopía de rayos X de dispersión de energía después de ser emitidos desde la muestra.
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