Microscopio de electrones. ¿Quién inventó el microscopio y cuándo?
Para estudiar nanoobjetos, la resolución de los microscopios ópticos ( incluso usando ultravioleta) claramente no es suficiente. En este sentido, en la década de 1930. Surgió la idea de utilizar electrones en lugar de luz, cuya longitud de onda, como sabemos por la física cuántica, es cientos de veces más corta que la de los fotones.
Como sabes, nuestra visión se basa en la formación de una imagen de un objeto en la retina del ojo mediante ondas de luz reflejadas por este objeto. Si la luz pasa a través de un sistema óptico antes de entrar al ojo. microscopio, vemos una imagen ampliada. En este caso, la trayectoria de los rayos de luz está hábilmente controlada por las lentes que forman la lente y el ocular del dispositivo.
Pero, ¿cómo se puede obtener una imagen de un objeto, y con una resolución mucho mayor, utilizando no radiación luminosa, sino un flujo de electrones? En otras palabras, ¿cómo es posible ver objetos usando partículas en lugar de ondas?
La respuesta es muy simple. Se sabe que la trayectoria y la velocidad de los electrones se ven influenciadas significativamente por campos electromagnéticos externos, con cuya ayuda se puede controlar eficazmente el movimiento de los electrones.
La ciencia del movimiento de electrones en campos electromagnéticos y el cálculo de los dispositivos que forman los campos necesarios se llama óptica electrónica.
La imagen electrónica está formada por conexiones eléctricas y campos magnéticos aproximadamente igual que la luz, con lentes ópticas. Por lo tanto, en un microscopio electrónico, los dispositivos para enfocar y dispersar un haz de electrones se denominan " lentes electronicos”.
Lente electrónica. Las bobinas de cables que transportan corriente enfocan el haz de electrones de la misma manera que una lente de vidrio enfoca un haz de luz.
El campo magnético de la bobina actúa como una lente convergente o divergente. Para concentrar el campo magnético, la bobina se cubre con un " armadura» hecho de una aleación especial de níquel-cobalto, dejando sólo un estrecho espacio en la parte interior. ¡El campo magnético creado de esta manera puede ser entre 10 y 100 mil veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra!
Desafortunadamente, nuestros ojos no pueden percibir directamente los rayos de electrones. Por lo tanto se utilizan para “ dibujo”Imágenes en pantallas fluorescentes (que brillan cuando son impactadas por electrones). Por cierto, el mismo principio subyace al funcionamiento de monitores y osciloscopios.
existe un gran número de varios tipos de microscopios electrónicos, entre los cuales el más popular es el microscopio electrónico de barrido (SEM). Obtendremos su diagrama simplificado si colocamos el objeto en estudio en su interior. tubo de rayos catódicos un televisor normal entre la pantalla y la fuente de electrones.
De tal microscopio un delgado haz de electrones (con un diámetro de aproximadamente 10 nm) recorre (como si estuviera escaneando) la muestra a lo largo de líneas horizontales, punto por punto, y transmite sincrónicamente la señal al cinescopio. Todo el proceso es similar al funcionamiento de un televisor durante el proceso de escaneo. La fuente de electrones es un metal (generalmente tungsteno), del cual se emiten electrones cuando se calienta como resultado de la emisión termoiónica.
Esquema de funcionamiento de un microscopio electrónico de barrido.
Emisión termoiónica– liberación de electrones de la superficie de los conductores. El número de electrones liberados es pequeño a T = 300 K y aumenta exponencialmente al aumentar la temperatura.
Cuando los electrones atraviesan una muestra, algunos de ellos se dispersan debido a colisiones con los núcleos de los átomos de la muestra, otros se dispersan debido a colisiones con los electrones de los átomos y otros la atraviesan. En algunos casos se emiten electrones secundarios, se induce radiación de rayos X, etc. Todos estos procesos son registrados por medios especiales. detectores y en forma convertida se muestran en la pantalla, creando una imagen ampliada del objeto que se está estudiando.
En este caso, se entiende por ampliación la relación entre el tamaño de la imagen en la pantalla y el tamaño del área cubierta por el haz en la muestra. Dado que la longitud de onda de un electrón es órdenes de magnitud menor que la de un fotón, en los SEM modernos este aumento puede alcanzar los 10 millones15, lo que corresponde a una resolución de unos pocos nanómetros, lo que permite visualizar átomos individuales.
Principal desventaja microscopio de electrones– la necesidad de trabajar en completo vacío, porque la presencia de cualquier gas dentro de la cámara del microscopio puede provocar la ionización de sus átomos y distorsionar significativamente los resultados. Además, los electrones tienen un efecto destructivo sobre objetos biológicos, lo que los hace inaplicables para la investigación en muchas áreas de la biotecnología.
Historia de la creación microscopio electrónico es un ejemplo notable de un logro basado en un enfoque interdisciplinario, cuando campos de ciencia y tecnología en desarrollo independiente se unieron para crear una nueva y poderosa herramienta para la investigación científica.
La parte superior física clásica Existía una teoría del campo electromagnético que explicaba la propagación de la luz, la electricidad y el magnetismo como propagación. ondas electromagnéticas. La óptica ondulatoria explicó el fenómeno de la difracción, el mecanismo de formación de imágenes y el juego de factores que determinan la resolución en un microscopio óptico. Éxito física cuántica a esto le debemos el descubrimiento del electrón con sus propiedades específicas de onda-partícula. Estos caminos de desarrollo separados y aparentemente independientes llevaron a la creación de la óptica electrónica, una de las inventos mas importantes que se convirtió en el microscopio electrónico en la década de 1930.
Pero los científicos tampoco se conformaron con esto. La longitud de onda de un electrón acelerado por un campo eléctrico es de varios nanómetros. Esto no está mal si queremos ver una molécula o incluso una red atómica. Pero ¿cómo mirar el interior de un átomo? Cómo se ve enlace químico? ¿Cómo es el proceso? reacción química? Por esto hoy en diferentes paises Los científicos están desarrollando microscopios de neutrones.
Los neutrones se encuentran normalmente en los núcleos atómicos junto con los protones y tienen casi 2000 veces más masa que un electrón. Aquellos que no hayan olvidado la fórmula de De Broglie del capítulo cuántico se darán cuenta inmediatamente de que la longitud de onda de un neutrón es la misma cantidad de veces más corta, es decir, ¡picómetros, milésimas de nanómetro! Entonces el átomo aparecerá ante los investigadores no como una mancha borrosa, sino en todo su esplendor.
Neutrón microscopio tiene muchas ventajas: en particular, los neutrones mapean bien los átomos de hidrógeno y penetran fácilmente en capas gruesas de muestras. Sin embargo, es muy difícil construirlo: los neutrones no tienen carga eléctrica, por lo que ignoran tranquilamente los campos magnéticos y campos eléctricos y se esfuerzan por eludir los sensores. Además, no es tan fácil expulsar neutrones grandes y torpes de los átomos. Por tanto, hoy en día los primeros prototipos de microscopio de neutrones están todavía muy lejos de ser perfectos.
eléctricoohmicroscopio finalohPAG(inglés - microscopio electrónico) – Se trata de un dispositivo para observar y fotografiar imágenes de objetos multiplicadamente ampliadas (hasta 1,10 6 veces), en el que, en lugar de rayos de luz, se utilizan haces de electrones acelerados a altas energías (30 - 100 keV o más) en condiciones de vacío profundo.
Los microscopios electrónicos de transmisión (TEM) tienen el mayor poder de resolución, superando en este parámetro a los microscopios ópticos varios miles de veces. El llamado límite de resolución, que caracteriza la capacidad del dispositivo para representar por separado los detalles pequeños y ubicados al máximo de un objeto, para TEM es de 2 a 3 A°. En condiciones favorables, se pueden fotografiar átomos pesados individuales. Al fotografiar estructuras periódicas, como planos atómicos de redes cristalinas, es posible alcanzar una resolución inferior a 1 A°.
Para determinar la estructura de los sólidos es necesario utilizar radiación con una longitud de onda λ más corta que las distancias interatómicas. En un microscopio electrónico se utilizan para ello ondas electrónicas.
Longitud de onda de De Broglie λ B para un electrón que se mueve a gran velocidad. V
Dónde pag- su impulso, h- Constante de Planck, metro 0 - masa en reposo del electrón, V- su velocidad.
Después de transformaciones simples, encontramos que la longitud de onda de De Broglie para un electrón que se mueve en un campo eléctrico uniforme acelerado con una diferencia de potencial Ud., es igual
. (1)
En expresiones para λ B no se tiene en cuenta la corrección relativista, que sólo es significativa a altas velocidades de electrones V>1·10 5V.
El valor de λ B es muy pequeño, lo que permite una alta resolución del microscopio electrónico.
Para electrones con energías desde 1 eV Hasta 10.000 eV, la longitud de onda de De Broglie se encuentra en el rango de ~1 nm a 10 −2 nm, es decir, en el rango de longitud de onda radiación de rayos x. Por tanto, las propiedades ondulatorias de los electrones deberían manifestarse, por ejemplo, cuando se dispersan sobre los mismos cristales en los que difracción Rayos X. [
Los microscopios modernos tienen una resolución de (0,1 – 1) nm con una energía electrónica de (1,10 4 – 1,10 5) eV, lo que permite observar grupos de átomos e incluso átomos individuales, defectos puntuales, relieves de superficies, etc.
Microscopio de transmisión por electrones
El sistema electrónico-óptico de un microscopio electrónico de transmisión (TEM) incluye: cañón de electrones I y condensador 1, diseñados para proporcionar el sistema de iluminación del microscopio; lentes objetivo 2, intermedio 3 y proyección 4 que realizan la visualización; cámara de vigilancia y fotografía E (Fig. 1).
Figura 1. Ruta del haz en TEM en modo de observación de imágenes
La fuente de electrones en el cañón de electrones es un cátodo termoiónico de tungsteno. Una lente de condensador permite obtener sobre un objeto una mancha con un diámetro de varias micras. Utilizando el sistema de imágenes, se forma una imagen microscópica electrónica del objeto en la pantalla TEM.En el plano conjugado con el objeto, la lente del objetivo forma la primera imagen intermedia del objeto. Todos los electrones que emanan de un punto de un objeto terminan en un punto del plano conjugado. Luego, utilizando una lente intermedia y de proyección, se obtiene una imagen en una pantalla de microscopio fluorescente o en una placa fotográfica. Esta imagen transmite las características estructurales y morfológicas del ejemplar.
TEM utiliza lentes magnéticos. La lente consta de un devanado, un yugo y una pieza polar, que concentra el campo magnético en un pequeño volumen y aumenta así la potencia óptica de la lente.
Los TEM tienen el mayor poder de resolución (PC), superando en este parámetro a los microscopios ópticos varios miles de veces. El llamado límite de resolución, que caracteriza la capacidad de un dispositivo para representar por separado detalles pequeños y ubicados al máximo de un objeto, para TEM es de 2 a 3 A°. En condiciones favorables es posible fotografiar átomos pesados individuales y al fotografiar estructuras periódicas, como por ejemplo planos atómicos de redes cristalinas, es posible alcanzar una resolución inferior a 1 A°. Resoluciones tan altas se logran gracias a la longitud de onda de De Broglie extremadamente corta de los electrones. Una apertura óptima permite reducir la aberración esférica de la lente, que afecta al PC TEM, con un error de difracción suficientemente pequeño. No se han encontrado métodos eficaces para corregir las aberraciones. Por lo tanto, en TEM, las lentes de electrones magnéticos (EL), que tienen aberraciones más pequeñas, han reemplazado por completo a las EL electrostáticas. Los PEM se producen para diversos fines. Se pueden dividir en 3 grupos:
PEM simplificado,
TEM de alta resolución,
TEM con mayor voltaje de aceleración.
1. MEF simplificado Diseñado para estudios que no requieren alto PC. Tienen un diseño más simple (incluyen 1 condensador y 2 - 3 lentes para ampliar la imagen de un objeto), se distinguen por un voltaje de aceleración más bajo (generalmente 60 - 80 kV) y su menor estabilidad. El PC de estos dispositivos es de 6 a 15. Otras aplicaciones son la vista previa de objetos, investigaciones rutinarias y fines educativos. El espesor de un objeto que puede ser "iluminado" por un haz de electrones depende del voltaje de aceleración. En un TEM con una tensión de aceleración de 100 kV se estudian objetos con un espesor de entre 10 y varios miles de A°.
2. TEM de alta resolución(2 – 3 Å): por regla general, dispositivos universales de usos múltiples (Fig. 2, a). Con la ayuda de dispositivos y accesorios adicionales, puede inclinar un objeto en diferentes planos en grandes ángulos con respecto al eje óptico, calentarlo, enfriarlo, deformarlo, realizar análisis estructurales de rayos X, estudios de difracción de electrones, etc. El voltaje de aceleración de electrones alcanza 100 - 125 kV, ajustable en pasos y muy estable: en 1 a 3 minutos cambia no más de 1 a 2 ppm con respecto al valor inicial. En su sistema óptico (columna) se crea un vacío profundo (presión de hasta 1,10 -6 mm Hg). Esquema sistema óptico TEM – en la Fig. 2, b. Un haz de electrones, cuya fuente es un cátodo termoiónico, se forma en un cañón de electrones y luego el primer y segundo condensadores lo enfocan dos veces, creando un "punto" de electrones en el objeto, cuyo diámetro se puede cambiar de 1 a 20 micras. Después de atravesar el objeto, algunos de los electrones son dispersados y retrasados por el diafragma de apertura. Los electrones no dispersos pasan a través de la abertura y son enfocados por la lente en el plano del objeto de la lente intermedia. Aquí se forma la primera imagen ampliada. Las lentes posteriores crean una segunda, tercera, etc. La última lente forma una imagen en una pantalla fluorescente que brilla cuando se expone a electrones.
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Arroz. 2a. TEM: 1 – cañón de electrones; 2 – lentes de condensador; 3 – lente; 4 – lentes de proyección; 5 – microscopio óptico, que amplía aún más la imagen observada en la pantalla; 6 – tubo con ventanillas a través de las cuales se puede observar la imagen; 7 – cable de alta tensión; 8 – sistema de vacío inteligente; 9 – panel de control; 10 – estar de pie; 11 – fuente de alimentación de alto voltaje; 12 – fuente de alimentación de la lente. |
Arroz. 2b. Esquema óptico de TEM. 1 – Cátodo en forma de V hecho de alambre de tungsteno (calentado por una corriente que lo atraviesa a 2800 K); 2 – cilindro de enfoque; 3 – ánodo; 4 – el primer condensador (de enfoque corto), que crea una imagen reducida de la fuente de electrones; 5 – segundo condensador (de enfoque largo), que transfiere una imagen reducida de la fuente de electrones al objeto; 6 – objeto; 7 – diafragma de apertura; 8 – lente; 9, 10, 11 – sistema de lentes de proyección; 12 – pantalla catodoluminiscente sobre la que se forma la imagen final. |
El aumento de TEM es igual al producto de los aumentos de todas las lentes. El grado y la naturaleza de la dispersión de electrones no son los mismos en diferentes puntos del objeto, ya que el espesor, la densidad y composición química Los objetos cambian de un punto a otro. En consecuencia, cambia el número de electrones retenidos por el diafragma de apertura después de pasar por varios puntos del objeto y, en consecuencia, la densidad de corriente en la imagen, que se convierte en contraste de luz en la pantalla. Debajo del biombo hay una revista con placas fotográficas. Al fotografiar, se retira la pantalla y los electrones actúan sobre la capa de emulsión. La imagen se enfoca cambiando la corriente que excita el campo magnético de la lente. Las corrientes de las otras lentes se ajustan para cambiar el aumento del TEM.
3. TEM con mayor voltaje de aceleración(hasta 200 kV) están diseñados para estudiar objetos más gruesos (2 a 3 veces más gruesos) que los TEM convencionales. Su resolución alcanza 3 – 5 Å. Estos dispositivos difieren en diseño. pistola de electrones: para garantizar la resistencia y la estabilidad eléctricas, hay dos ánodos, uno de los cuales se alimenta con un potencial intermedio igual a la mitad del voltaje de aceleración. La fuerza magnetomotriz de las lentes es mayor que en un TEM con un voltaje de aceleración de 100 kV, y las lentes mismas tienen mayores dimensiones y peso.
4. Microscopios electrónicos de voltaje ultraalto(SVEM): dispositivos de gran tamaño (Fig. 3) con una altura de 5 a 15 m, con un voltaje de aceleración de 0,50 – 0,65; 1 – 1,5 y 3,5 MV.
Se están construyendo locales especiales para ellos. Los SVEM están diseñados para estudiar objetos con un espesor de 1 a 10 micrones. Los electrones se aceleran en un acelerador electrostático (llamado acelerador directo) ubicado en un tanque lleno de gas eléctricamente aislante bajo presión. En el mismo tanque o en uno adicional hay una fuente de energía estabilizada de alto voltaje. En el futuro, la creación de un TEM con un acelerador lineal, en el que los electrones se aceleran a energías de 5 a 10 MeV. Al estudiar objetos delgados, PC SVEM es menor que el de TEM. En el caso de objetos gruesos, PC SVEM es entre 10 y 20 veces superior a PC TEM con un voltaje de aceleración de 100 kV. Si la muestra es amorfa, el contraste de la imagen electrónica está determinado por el espesor y el coeficiente de absorción del material de la muestra, que se observa, por ejemplo, al estudiar la morfología de la superficie utilizando réplicas de plástico o carbono. En los cristales, además, se produce la difracción de electrones, lo que permite determinar la estructura del cristal.
EN
Fig.4. Posición de apertura D para campo brillante ( A) y campo oscuro ( b) imágenes: P - rayo transmitido; D- haz difractado; Arr - muestra; Yo - cañón de electrones
la imagen está formada por el haz transmitido P, haz difractado D es cortado por el diafragma de apertura D (Fig. 4, A), esta es una imagen de campo claro;
El diafragma de apertura D permite difractar D haz, cortando la P transmitida, esta es una imagen de campo oscuro (Fig.4, b);
Para obtener un patrón de difracción, el plano focal posterior de la lente del objetivo se enfoca en la pantalla del microscopio (Fig. 4). Luego se observa en la pantalla el patrón de difracción del área transiluminada de la muestra.
Para observar la imagen en el plano focal posterior de la lente, se instala un diafragma de apertura, como resultado, se reduce la apertura de los rayos que forman la imagen y se aumenta la resolución. Se utiliza la misma apertura para seleccionar el modo de observación (ver Fig. 2 y 5).
Fig.5. Trayectoria del haz en TEM en modo de microdifracción D - diafragma; Y - fuente de electrones; Arr - muestra; mi – pantalla; 1 - condensador, 2 - objetivo, 3 - intermedio, 4 - lentes de proyección
longitud de onda a los voltajes utilizados en TEM es aproximadamente 1∙10 –3 nm, es decir, mucho menor que la constante de la red cristalina A, por lo tanto, el haz difractado sólo puede propagarse en ángulos pequeños θ al rayo que pasa (
). El patrón de difracción de un cristal es un conjunto de puntos individuales (reflejos). En un TEM, a diferencia de un escáner de difracción de electrones, es posible obtener un patrón de difracción de un área pequeña de un objeto utilizando un diafragma en el plano adyacente al objeto. El tamaño del área puede ser de aproximadamente (1 x 1) µm 2 . Puede cambiar del modo de observación de imágenes al modo de difracción cambiando la potencia óptica de la lente intermedia. Historia de la creación del microscopio electrónico.
En 1931, R. Rudenberg recibió una patente para un microscopio electrónico de transmisión y, en 1932, M. Knoll y E. Ruska construyeron el primer prototipo de un dispositivo moderno. Este trabajo de E. Ruska en 1986 fue destacado premio Nobel en física, que le fue concedido a él y a los inventores del microscopio de sonda de barrido, Gerd Karl Binnig y Heinrich Rohrer. El uso de microscopios electrónicos de transmisión para la investigación científica comenzó a finales de la década de 1930, con el primer instrumento comercial construido por Siemens.
A finales de la década de 1930 y principios de la de 1940, aparecieron los primeros microscopios electrónicos de barrido, que formaban una imagen de un objeto moviendo secuencialmente una pequeña sonda electrónica de sección transversal a través del objeto. El uso masivo de estos dispositivos en investigación científica comenzó en la década de 1960, cuando alcanzaron una importante sofisticación técnica.
Un salto significativo (en los años 70) en el desarrollo fue el uso de cátodos Schottky y cátodos de emisión de campo frío en lugar de cátodos termoiónicos, pero su uso requiere un vacío mucho mayor.
A finales de los años 90 y principios de los 2000, la informatización y el uso de detectores CCD aumentaron enormemente la estabilidad y la (relativa) facilidad de uso.
En la última década, los microscopios electrónicos de transmisión modernos y avanzados han utilizado lentes esféricas y aberración cromática(que introducen la principal distorsión en la imagen resultante), sin embargo, su uso a veces complica significativamente el uso del dispositivo.
Tipos de microscopios electrónicos
Microscopio de transmisión por electrones
Plantilla: sección en blanco
Vista inicial de un microscopio electrónico. Un microscopio electrónico de transmisión utiliza un haz de electrones de alta energía para formar una imagen. El haz de electrones se genera mediante un cátodo (tungsteno, LaB 6 , Schottky o emisión de campo frío). El haz de electrones resultante generalmente se acelera a +200 keV (se utilizan varios voltajes de 20 keV a 1 meV), se enfoca mediante un sistema de lentes electrostáticas, pasa a través de la muestra de modo que una parte pasa por dispersión sobre la muestra y otra no es. Por tanto, el haz de electrones que pasa a través de la muestra transporta información sobre la estructura de la muestra. Luego, el haz pasa a través de un sistema de lentes de aumento y forma una imagen en una pantalla fluorescente (generalmente hecha de sulfuro de zinc), una placa fotográfica o una cámara CCD.
La resolución de TEM está limitada principalmente por la aberración esférica. Algunos TEM modernos tienen correctores de aberración esférica.
Las principales desventajas de TEM son la necesidad de una muestra muy delgada (alrededor de 100 nm) y la inestabilidad (descomposición) de las muestras bajo el haz.
Microscopía electrónica de barrido (raster) de transmisión (STEM)
Articulo principal: Microscopio electrónico de barrido de transmisión.
Uno de los tipos de microscopía electrónica de transmisión (TEM), sin embargo, existen dispositivos que funcionan exclusivamente en modo TEM. Un haz de electrones pasa a través de una muestra relativamente delgada, pero a diferencia de la microscopía electrónica de transmisión convencional, el haz de electrones se enfoca en un punto que se mueve a través de la muestra en una trama.
Microscopía electrónica rasterizada (de barrido)
Se basa en el principio de la televisión de escanear un fino haz de electrones sobre la superficie de una muestra.
Microscopía electrónica de bajo voltaje
Aplicaciones de los microscopios electrónicos.
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Semiconductores y almacenamiento de datos
Biología y Ciencias de la Vida
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Investigación científica
Industria
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Los principales fabricantes de microscopios electrónicos del mundo.
ver también
Notas
Enlaces
- Las 15 mejores imágenes de microscopio electrónico de 2011 Las imágenes del sitio recomendado están coloreadas al azar y tienen un valor más artístico que científico (los microscopios electrónicos producen imágenes en blanco y negro, no en color).
Fundación Wikimedia. 2010.
Índice del tema "Microscopía electrónica. Membrana.":microscopios electrónicos Apareció en la década de 1930 y su uso se generalizó en la década de 1950.
La imagen muestra una transmisión moderna (transparente). microscopio electrónico, y la figura muestra la trayectoria del haz de electrones en este microscopio. En un microscopio electrónico de transmisión, los electrones pasan a través de la muestra antes de que se forme una imagen. Un microscopio electrónico de este tipo fue el primero que se construyó.
Microscopio electrónico al revés en comparación con un microscopio óptico. Se aplica radiación a la muestra desde arriba y se forma una imagen en la parte inferior. El principio de funcionamiento de un microscopio electrónico es esencialmente el mismo que el microscopio de luz. El haz de electrones se dirige mediante lentes condensadoras hacia la muestra y luego la imagen resultante se amplía con otras lentes.
La tabla resume algunas de las similitudes y diferencias entre la luz y microscopios electrónicos. En la parte superior de la columna del microscopio electrónico hay una fuente de electrones: un filamento de tungsteno similar al que se encuentra en una bombilla normal. Se le aplica un alto voltaje (por ejemplo, 50.000 V) y el filamento emite una corriente de electrones. Los electroimanes enfocan el haz de electrones.
Se crea un vacío profundo dentro de la columna. Esto es necesario para minimizar la dispersión. electrones debido a su colisión con partículas de aire. Para el examen con microscopio electrónico sólo se pueden utilizar secciones o partículas muy finas, ya que el haz de electrones es absorbido casi por completo por objetos más grandes. Las partes del objeto que son relativamente más densas absorben electrones y, por tanto, aparecen más oscuras en la imagen resultante. Se utilizan metales pesados como plomo y uranio para teñir la muestra y aumentar el contraste.
electrones invisibles al ojo humano, por lo que se dirigen a uno fluorescente, que reproduce una imagen visible (blanco y negro). Para tomar una fotografía, se retira la pantalla y los electrones se dirigen directamente sobre la película. Una fotografía tomada con un microscopio electrónico se llama microfotografía electrónica.
Ventaja del microscopio electrónico.:
1) una alta resolución(0,5 nm en la práctica)
Desventajas del microscopio electrónico:
1) el material preparado para la investigación debe estar muerto, ya que durante el proceso de observación se encuentra en el vacío;
2) es difícil estar seguro de que el objeto reproduce una célula viva en todos sus detalles, ya que la fijación y tinción del material en estudio puede cambiar o dañar su estructura;
3) el microscopio electrónico en sí y su mantenimiento son caros;
4) preparar material para trabajar con un microscopio requiere mucho tiempo y personal altamente calificado;
5) las muestras en estudio se destruyen gradualmente bajo la acción de un haz de electrones. Por lo tanto, si es necesario estudio detallado muestra, debe ser fotografiada.
¿Cómo funciona un microscopio electrónico? ¿Cuál es su diferencia con un microscopio óptico? ¿Existe alguna analogía entre ellos?
El funcionamiento de un microscopio electrónico se basa en la propiedad de los campos eléctricos y magnéticos no homogéneos, que tienen simetría rotacional, de tener un efecto de enfoque sobre los haces de electrones. Por tanto, el papel de las lentes en un microscopio electrónico lo desempeña un conjunto de campos eléctricos y magnéticos adecuadamente calculados; los dispositivos correspondientes que crean estos campos se denominan "lentes electrónicas".
Según el tipo de lentes electrónicas. Los microscopios electrónicos se dividen en magnéticos, electrostáticos y combinados.
¿Qué tipo de objetos se pueden examinar con un microscopio electrónico?
Al igual que en el caso de un microscopio óptico, los objetos, en primer lugar, pueden ser "autoluminosos", es decir, servir como fuente de electrones. Se trata, por ejemplo, de un cátodo calentado o de un cátodo fotoelectrónico iluminado. En segundo lugar, se pueden utilizar objetos que sean “transparentes” a los electrones que tienen una determinada velocidad. En otras palabras, cuando se trabaja en transmisión, los objetos deben ser lo suficientemente delgados y los electrones lo suficientemente rápidos para que pasen a través de los objetos y entren en el sistema de lentes de electrones. Además, mediante el uso de haces de electrones reflejados se pueden estudiar las superficies de objetos masivos (principalmente metales y muestras metalizadas). Este método de observación es similar a los métodos de microscopía óptica reflectante.
Según la naturaleza del estudio de los objetos, los microscopios electrónicos se dividen en transmisión, reflexión, emisión, trama, sombra y espejo.
Los más habituales en la actualidad son los microscopios electromagnéticos de transmisión, en los que la imagen se crea mediante electrones que atraviesan el objeto de observación. Consta de los siguientes componentes principales: un sistema de iluminación, una cámara de objetos, un sistema de enfoque y una unidad de grabación de imágenes finales, compuesta por una cámara y una pantalla fluorescente. Todos estos nodos están conectados entre sí, formando la llamada columna de microscopio, dentro de la cual se mantiene la presión. El sistema de iluminación suele constar de un cañón de electrones de tres electrodos (cátodo, electrodo de enfoque, ánodo) y una lente condensadora (estamos hablando de lentes de electrones). Forma un haz de electrones rápidos de la sección transversal e intensidad requeridas y lo dirige al objeto en estudio ubicado en la cámara del objeto. Un haz de electrones que pasa a través de un objeto ingresa a un sistema de enfoque (proyección) que consta de una lente objetivo y una o más lentes de proyección.
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