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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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