microscopio electrÓnico de transmisiÓn y de barrido [autoguardado]

7/30/2019 MICROSCOPIO ELECTRNICO DE TRANSMISIN Y DE BARRIDO [Autoguardado]

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MICROSCOPIO ELECTRNICO DETRANSMISIN Y DE BARRIDO

Almanza Noguez Julio Cesar


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Un microscopio electrnico es aqul que utiliza

electrones en lugar de fotones o luz visible para

formar imgenes de objetos diminutos.

Los microscopios electrnicos permiten alcanzaruna capacidad de aumento muy superior a los

microscopios convencionales (hasta 500.000

aumentos comparados con los 1000 de los

mejores microscopios pticos) debido a que lalongitud de onda de los electrones es mucho

menor que la de los fotones.

Microscopio electrnico


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Fuente de electrones que ilumina la muestra (objeto).El haz de electrones que incide sobre la muestra es generado por unFilamento de tungsteno.

Lentes electromagnticas (convergentes) que dirigen el haz de

electrones haca la muestra.Las lentes electromagnticas son las encargadas de enfocar el haz deelectrones, las cuales se componen esencialmente de un conjunto deplacas mantenidas a un diferente potencial, esta diferencia, acelera elhaz de electrones. Estas placas tienen un orificio en el centro por dondepasan los electrones y la curvatura del campo elctrico que se generapermite el enfoque de la imagen.

Sistema que capta e interpreta la imagen.Depende de la muestra y del tipo de anlisis que se quiera realizar.

Principales partes del microscopioelectrnico


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a) Detector de electrones secundarios este se

utiliza para obtener imgenes de alta resolucin.b) Detector de electrones retrodispersados este detector permite obtenerimgenes de composicin y topografa de lasuperficie.

c) Detector de energa dispersiva este detectorcaptura los rayos X generados por la muestra, loque permite obtener mediante un software lacomposicin elemental de la muestra.

Los detectores del microscopioelectrnico son:


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Se basa en la generacin de un flujo de electrones

condensados en un pequeo espacio, gracias a lageneracin de intensos campos electromagnticos en

diversas bobinas electrificas, denominadas lentes .

El flujo electrnico atraviesa de forma diferencial las

muestras biolgicas previamente tratadas. En la parte

inferior del microscopio una pantalla fluorescentes

percibe la imagen formada.

Microscopio electrnico detransmisin (TEM)


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Un TEM dirige el haz de electrones hacia el objeto quese desea aumentar. Una parte de los electrones rebotan

o son absorbidos por el objeto y otros lo atraviesan

formando una imagen aumentada del espcimen. Para

utilizar un TEM debe cortarse la muestra en capas finas,no mayores de un par de miles de ngstroms. Se coloca

una placa fotogrfica o una pantalla fluorescente detrs

del objeto para registrar la imagen aumentada. Los

microscopios electrnicos de transmisin pueden

aumentar un objeto hasta un milln de veces.


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La fuente de electrones esta constituida por un hilo de volframio en forma de

horquilla, rodeado por una pantalla cilndrica polarizada negativamente respecto

al filamento.

Despus de atravesar el nodo conectado a tierra, la mayor parte de los

electrones del haz se pierden en las paredes y aberturas excepto un estrecho

cono que atraviesa el diafragma del condensador.

La lente condensadora se usa tanto para controlar la intensidad luminosa, como

para variar la abertura de iluminacin relativa en el objeto. Los dimetros de los

diafragmas del condensador varan segn el tipo de instrumento, pero suelen

estar comprendidos entre 0,1 y 0,5 mm.

Despus de atravesar el objeto, donde muchos electrones se esparcen, el haz

penetra en el campo de la lente objetivo que produce una imagen aumentada delobjeto.

En el objetivo se suele colocar un diafragma de 10 a 100 de dimetro para

interceptar los electrones esparcidos , pero generalmente esta precaucin se

omite en el estudio de muestras muy delgadas en las que el esparcimiento no es

excesivo.

Funcionamiento del TEM


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Las distancias usuales entre lente e imagen, el aumentoobtenido con la lente objetivo es del orden de X100 aX300, ser necesario el uso de una o maslentes protectoras que vuelvan a aumentar la imagenprimaria.

La imagen final se observa en una pantalla fluorescente ,y separando esta pantalla del camino del haz, seimpresiona una placa fotogrfica con dicha imagen.

Las dimensiones mas usuales para un microscopio detransmisin pueden ser: Del filamento a la lente

condensadora 15 cm, y otro tanto de esta ltima alobjeto, mientras que del objetivo a la pantalla que recogela imagen final pueden haber unos 100 cm, el sistemacompleto deber ser rgido y capaz de alcanzar un vacode 0.0001 mmHg con ayudas de bombas de difusinrpidas en serie con bombas rotatorias.


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Tipos de seales producidas en un

material al incidir un haz de electrones

RayosX (EDS)Electrones

Secundarios (SE)Electrones

Retrodispersados

(BSE) Catodoluminiscencia

MUESTRACalor

Electrones Auger

Electrones

Inelsticamente Difractados

Electrones no Difractados

Electrones

Elsticamente Difractados

HAZ DE ELECTRONES


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Todas las tcnicas de preparacin, tanto de muestras

materiales como biolgicas, persiguen el objetivo deadelgazar o conseguir secciones muy finas delespcimen, menores a 100 nm., afectando al mnimosu estructura original.

Preparacin de muestras TEM


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Preparacin de muestrasbiolgicas para el TEM

En general, la preparacin de estasmuestras siempre sigue el mismoprotocolo bsico: fijacin qumica,lavado, deshidratacin en series de

concentraciones crecientes dealcohol o acetona, inclusin enresina y polimerizacin. Segn elobjetivo perseguido, en alguno deestos pasos se incluye una etapade tincin con metales pesados,tales como el osmio, el wolframio o

el uranio. La siguiente etapaconsiste en obtener cortes muyfinos del material polimerizado.Para ello se utiliza un ultramicrtomo que s est disponibleen el Servicio.

Preparacin de muestras demateriales en polvo para elTEM

En la preparacin de este tipo demuestras slo hay que diluir unacantidad muy pequea demuestra en un disolventeorgnico que no la afecte,habitualmente dicloro etano oacetona. Tambin se puedeutilizar agua si no hay alternativa.

A continuacin se busca lamxima dispersin sumergiendo

la solucin en un bao deultrasonidos y, al cabo de untiempo, ya se puede depositaruna gota sobre una rejilla filmadacon carbono para ser observadadirectamente una vez se hayasecado.


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Preparacin de muestras materiales compactas para el

TEM

Para este tipo de muestras se sigue un proceso de

adelgazamiento en el que es necesario la utilizacin de varios

aparatos. En primer lugar el usuario ha de aportar una muestra

que no supere las 200 m. de grosor. A continuacin, el primerpaso es cortar un disco de 3 mm. de dimetro con el Ultrasonic

Disk Cutter pues este es el tamao de la muestra que se puede

introducir en el TEM. El siguiente paso es excavar el disco por

ambas caras hasta obtener una zona central de unas 20 m.

con el Dimpling Grinder. Una vez conseguido, se introduceeste disco en el Ion Milling para que sea atacado por ambos

lados con sendos haces de iones de argn hasta que estos

realizan un pequeo orificio central, alrededor del cual queda

una zona suficientemente delgada.


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Bacilos en divisin 60.000X MET, Mitocondria


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Un microscopio electrnico de barrido funciona con un hazde electrones producido por una fuente de electrones que

puede ser un can termoinico (filamento de tungsteno o dehexaboruro de lantano) o un can de emisin de campoFEG (Field Emission Gun).Filamento de tungsteno: el ms econmico, pero tambinel que produce un haz de mayor tamao. Corta duracin.Filamento de hexaboruro de lantano: mayor duracin yhaz ms fino. Tambin es ms caro y precisa un vaco mayor.Emisor de efecto de campo: continuando la progresin, esms caro y precisa an mayor vaco, pero ofrece el haz msfino.

Microscopio electrnico de barrido


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Al can se le aplica un potencial elctrico que acelera el

haz de electrones hacia la columna, ste es focalizadopor medio de lentes electromagnticas sobre la muestra.

El voltaje de aceleracin de los electrones puede variar

entre 0,5 y 50 kV, los electrones chocan e interactan

con la muestra produciendo varias seales que podrn

ser recogidas de acuerdo a los detectores presentes.

Todas estas seales estn relacionadas entre s y

dependen en gran medida de la topografa, el nmero

atmico y el estado qumico de la muestra


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Las caractersticas ideales de una muestra para

microscopia electrnica de barrido son: Que sea conductora elctrica.

Que sea estable en el vaco de la cmara del

MEB.

Que de un buen contraste.

Preparacin de la muestra


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Muestras Biolgicas:

Bajo vaco: Control de los niveles de humedad y vaco. Probable

uso de platina de enfriamiento.

Alto vaco: Fijacin, deshidratacin con etanol y secador de punto

crtico, recubrimiento conductor por metalizacin.

Muestras no biolgicas:

Muestras metalografas y ceramogrficas: Se hace el corte,

desbaste, pulido a espejo y ataque qumico de acuerdo a lo quequiera observarse o medirse

Muestras en polvo: Montaje en porta muestras con cinta de

carbono para su fijacin. Montaje en resina epxica o conductora,

segn se requiera.

Muestras polimricas: Metalizacin y cortes por ultra micrtomo, ses necesario

Muestras no conductoras: Recubrimiento con carbono u oro /oro

paladio dependiendo del tipo de imgenes o anlisis que se desee

obtener.

Muestras para litografa: Recubrimiento con resina PMMAolimetil metacrilato .


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Si la muestra no es buena conductora o si es buena

conductora pero no da un buen contraste debido, entonces

se debe recubrir con una capa delgada de material

conductor el mas utilizado es el oro y debe de ponerse unacapa de 10 nm de espesor se utiliza para ver los

electrones secundarios.

El recubrimiento con cromo con el que se logran

pelculas con una granularidad del orden de 1nm. Sin

embargo el cromo se oxida rpidamente a un oxido no

conductor, es decir la muestra debe observarse de

inmediato


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En el caso de precisarse un anlisis

elemental (estudio microanaltico ) en unamuestra no conductora es necesario recubrirla superficie de un elemento lo mstransparente posible a los RX. Este elemento

es el carbono.Uno de los tipos de metalizadores de carbonose muestra esquemticamente en el grfico.


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El recubrimiento de osmio asistido por plasma se

sublima en la cmara de vaco, el osmio reducido aforma metlica se deposita sobre la muestra

cubrindola con una pelcula amorfa. Es decir

actualmente el mtodo reportado mas eficiente para

recubrir muestras no conductoras o de bajo numeroatmico.


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Los cortes deben tener un grosor mximo de 100 nm (1000XX), aproximadamente 50 veces mas finos que un cortehistolgico observado al microscopio de luz que normalmentees de 500nm (0,5m). Adems los cortes deben contrastarse,lo que usualmente se llama tincin en microscopa de luz,aunque ese trmino, que se refiere a color, no se utiliza sinoque se habla de contraste. Consiste en una impregnacin detejido con sales de metales pesados, como acetato de uranilo

y citrato de plomo que aumenta la electrono densidad en elsitio en que se produce la deposicin. Esto hace que algunaszonas aparezcan oscuras o negras en la pantalla, lo quecontrasta con lo claro de las zonas no impregnadas conmetales.

Corte de la muestra


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Can electrnico : La fuente emisora de electrones

ms utilizada es un filamento de tungsteno que secalienta al rojo-blanco por medio de una corrienteelctrica, en un vaco del orden de 10-5 Torr. Entre elnodo acelerador y el filamento se coloca un

electrodo adicional, llamado cilindro de Wehnelt oplaca catdica, que permite que los electronesemitidos por el filamento se focalicen en un puntoligeramente por debajo del cilindro de Wehnelt.

Componentes del SEM


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UNIDADES TUNGSTENO LaB6

Funcin trabajo eV 4.5 2.4

Constante de

Richarson

A/m2k2 6 x 105 4 x 105

Temperatura de

operacin

K 2700 1700

Densidad de

corriente

A/m2 5 x 104 106

Tamao del haz m 50 10

Brillo A/m2sr 109 5 x 1010

Energa desprendida eV 3 1.5

Vaco Pa 10-2 10-4

Vida til hr 100 500


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Condensadoras: su misin es afinar el haz, definiendo

su tamao 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.

Lentes electromagnticas (hieroblando o piezas polares)


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Electrones Pares huecos y

absorbidos electrones

Electrones auger

Electrones retrodispersados

Electrones secundarios

Rayos X

Electrones dispersados

elsticos Haz transmitidoElectrones dispersados

inelsticos

Rayos X de

Bremsstrahlung

Luz visible

Haz incidente de alta

energa


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Electrones secundarios: se producen cuando un electrn del hazpasa muy cerca del ncleo de un tomo de la muestra, proporcionando

la suficiente energa a uno o varios de los electrones interiores

para saltar fuera de la muestra. Estos electrones son de muy bajaenerga (por debajo de 5eV), por lo que deben encontrarse muy cerca

de la superficie para poder escapar. Precisamente por eso

proporcionan una valiosa informacin topogrfica de la muestra.

Electrones retrodispersados: se producen cuando un electrn del

haz choca frontalmente con el ncleo de un tomo de la muestra,

siendo repelido en sentido contrario fuera de la muestra. La intensidad

de dicho efecto vara proporcionalmente con el nmero atmico de la

muestra. Por esta razn se utilizan para obtener un mapa con

informacin sobre la composicin superficial de la muestra.

Electrones Auger: cuando un electrn secundario es expulsado del

tomo, otro electrn ms externo puede saltar hacia el interior parallenar este hueco. El exceso de energa provocado por este

desplazamiento puede ser corregido emitiendo un nuevo electrn de la

capa ms externa. Estos son los llamados electrones Auger, y son

utilizados para obtener informacin sobre la composicin de

pequesimas partes de la superficie de la muestra.


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Rayos X: en el proceso descrito anteriormente, el

exceso de energa tambin puede ser balanceada

mediante la emisin de rayos X; stos son

caractersticos de cada elemento de la muestra, por lo

que se utilizan para obtener informacin sobre la

composicin de la muestra. A diferencia de los electrones

auger de baja energa, los rayos X proporcionaninformacin analtica de un volumen considerable de la

muestra.

Electrones transmitidos o no dispersados: Son los

que atraviesan la muestra limpiamente sin interactuarcon ella. Son inversamente proporcionales al grosor de

la muestra y producen las zonas ms claras o brillantes

de la imagen de transmisin


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Electrones dispersados elsticamente:Aquellos que sondesviados de su trayectoria original por los tomos de lamuestra sin prdida de energa, y posteriormente transmitidos a

travs de ella. En materiales cristalinos, estos electrones sondesviados en un ngulo fijo que viene marcado por la longitudde onda del haz y la distancia entre los planos atmicos de lamuestra (Ley de Bragg), proporcionando imgenes de difraccinde electrones que revelan valiosos detalles sobre la estructuraespacial de los tomos en la muestra observada. La

interferencia de estos electrones con los transmitidos aumentandramticamente el contraste y son esenciales para obtenerimgenes de alta resolucin (HRTEM).Electrones dispersados inelsticamente: Aquellos que sondesviados de su trayectoria original por los tomos de lamuestra con prdida de energa, siendo posteriormente

transmitidos o bien dispersados de nuevo. Los que sondispersados por segunda vez elsticamente forman las llamadaslneas de Kikuchi, de gran importancia en el estudio deestructuras cristalinas. Estos electrones tambin son utilizadosen espectroscopa de prdida de energa de electrones (EELS),que proporciona informacin tanto de los elementos presentes

en la muestra como de la naturaleza de sus enlaces.


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Detector de centelleo para electrones secundarios, de

Si para electrones dispersados y de Si(Li) para rayos X. Los electrones secundarios que se desprenden de

cada punto, se detectan mediante un cristal de centello,

cuya superficie se mantiene a un potencial positivo de

10 a 12 kV. Este cristal est unido al extremo de un

bastn de Lucita, que tiene el otro extremodescansando contra la ventana del tubofotomultiplicador.

DETECTORES


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Detector de Si(Li) refrigerado con NL para

rayos X. Espectros de energa de rayos X con una

resolucin de 128 eV.

Deteccin cualitativa de elementos.

Imagen de los elementos en la muestra.


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