El Microscopio Electrónico de Barrido
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El microscopio electrónico de barrido , comúnmente conocido con el acrónimo SEM de English Scanning Electron Microscope , es un tipo de microscopio electrónico .
Apoyándose en los trabajos de Max Knoll de los años 1930 fue Manfred von Ardenne quien logró inventar el MEB en 1937 que consistía en un haz de electrones que barría la superficie de la muestra a analizar, que, en respuesta, reemitía algunas partículas. Estas partículas son analizadas por los diferentes sensores que hacen que sea posible la reconstrucción de una imagen tridimensional de la superficie.
El microscopio no utiliza la luz como fuente de radiación. El haz es generado por una fuente electrónica, típicamente un filamento de tungsteno , que emite un flujo de electrones primarios concentrados por una serie de lentes electromagnéticos y desviados por una lente de objetivo. Este último, además de reenfocar aún más el haz, le impone una desviación controlada, para permitir el escaneo de áreas de la muestra.
Uno de los posibles efectos que produce la interacción entre el electrón y la materia se revela y se transforma en una señal eléctrica que, tratada y amplificada, se modula en una señal de televisión: 1 píxel de un monitor monocromo se asocia a 1 punto de la muestra y cuanto más brillante, más fuerte es la señal. La ampliación viene dada por la relación entre las dimensiones de la imagen y las dimensiones de la región en la que ha sido escaneada.
Estos electrones son capturados por un detector especial y convertidos en impulsos eléctricos que se envían en tiempo real a una pantalla (un monitor) donde se realiza un escaneo similar simultáneamente. El resultado es una imagen en blanco y negro con alta resolución y gran profundidad de campo, que tiene características similares a las de una imagen fotográfica normal. Por esta razón, las imágenes SEM son inmediatamente inteligibles e intuitivas de comprender. El microscopio electrónico de barrido puede obtener imágenes que parecen casi tridimensionales incluso de objetos relativamente grandes (como un insecto ).
El SEM debe operar en alto vacío (con presiones por debajo de 10-3 Pa) para permitir la producción y la muestra debe ser conductora y conectada a tierra, para poder alejar del área de análisis cualquier posible acumulación de carga que lo hiciera imposible. a 'observación. Sin embargo, las muestras no conductoras se pueden observar mediante SEM operando recubrimientos metálicos, deshidratando las muestras húmedas o realizando la operación rápidamente de tal manera que se evite la acumulación de cargas que sobrecalienten el objeto en cuestión.
En el SEM existe un sistema de lentes electromagnéticas que, al igual que las lentes ópticas, permiten enfocar el haz reduciendo su diámetro. Consisten en un espacio de aire toroidal enrollado por bobinas que crean un campo magnético capaz de interactuar y desviar los electrones del haz. Las aberturas se interponen entre las lentes , que filtran los electrones reduciendo el tamaño del haz.
La última lente actúa como objetivo y se caracteriza por un sistema de bobina que permite la desviación del eje del haz, realizando el escaneo.
El enfoque de las lentes se produce cambiando el voltaje de excitación de la bobina (EHT) y la distancia de muestra (WD).
Después de enfocar, un SEM convencional con una fuente termoiónica puede tener un haz con un diámetro de 5 - 10 nm, mientras que un SEM con una fuente puntual incluso a 1 - 2 nm. La resolución está intrínsecamente relacionada con el diámetro del haz: los haces muy pequeños conducen a altas resoluciones.En el SEM existe un sistema de lentes electromagnéticas que, al igual que las lentes ópticas, permiten enfocar el haz reduciendo su diámetro. Consisten en un espacio de aire toroidal enrollado por bobinas que crean un campo magnético capaz de interactuar y desviar los electrones del haz. Los diafragmas se interponen entre las lentes , que filtran los electrones reduciendo el tamaño del haz.
La última lente actúa como objetivo y se caracteriza por un sistema de bobina que permite la desviación del eje del haz, realizando el escaneo.
El enfoque de las lentes se produce cambiando el voltaje de excitación de la bobina (EHT) y la distancia de muestra (WD).
Después de enfocar, un SEM convencional con una fuente termoiónica puede tener un haz con un diámetro de 5 - 10 nm, mientras que un SEM con una fuente puntual incluso a 1 - 2 nm. La resolución está intrínsecamente relacionada con el diámetro del haz: los haces muy pequeños conducen a altas resoluciones.
Los primeros instrumentos desarrollados para este propósito fueron los microscopios ópticos. Estos instrumentos consistieron, a lo largo de los años, desde una simple lupa hasta un microscopio compuesto. Sin embargo, aun en el mejor instrumento óptico, la resolución está limitada a la longitud de onda de la luz que se utilice, que en este caso es la luz violeta, cuya longitud de onda es de aproximadamente 400 nanómetros, separación máxima entre detalles que puede observarse de esta manera. En términos de amplificación, esto quiere decir que no podemos amplificar más de 1000 veces.
Una salida inmediata a este límite de resolución consistió en utilizar alguna radiación de longitud de onda más corta que la de la luz violeta. Los candidatos inmediatos son los rayos X, que se caracterizan por una longitud de onda del orden de 0,15 nanómetros; desafortunadamente estos tienen la gran desventaja de ser absorbidos rápidamente por las lentes de vidrio, y de no poder ser desviados por las lentes magnéticas (además de las precauciones que debería tener el operador).
Otra posibilidad que se contempló fue la de aprovechar el comportamiento Onda de materia ondulatorio de los electrones acelerados por alguna diferencia de potencial. Sea el caso, por ejemplo, de electrones acelerados en un campo de 100 000 voltios que presentan comportamiento ondulatorio con una longitud de onda de 0,0037 nm (3,7 picómetros), lo que en principio permitiría tener un aparato que resolviera detalles del mismo orden. Esto, en principio, sería suficiente para resolver detalles atómicos, puesto que los átomos en un sólido están separados en un orden de 0,2 nm. Sin embargo, en la práctica, los detalles inherentes a la técnica de observación o los defectos en el maquinado de las piezas polares producen aberración en sistemas ópticos.
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