Aprendamos un poco sobre la microscopia electrónica de Transmisión (TEM)

Hola amigos amantes de la ciencia, el tema de la microscopia es bastante amplio y sumamente interesante, en lo particular me fascina escribir sobe este tipo de temas y tengo mucho material por mostrarles.

Ya hemos hablado sobre el microscopio electrónico de barrido MEB, ahora le toca la oportunidad al microscopio electrónico de transmisión TEM.

Este microscopio es responsable de emitir un haz de electrones, este se dirige hacia el material que desea observar. Una porción de los electrones rebota en el material y la otra parte es absorbida por el material y de esta forma se forma la imagen que aumenta el microscopio. Los electrones tienen una longitud de onda mucho más corta que la luz visible y el MEB, por lo que muestran estructuras más pequeñas.

Este tipo de microscopia se desarrolló en la década de los años 30 por Ernst Ruska y al transcurrir de los años esta técnica se ha ido perfeccionando y es una de las más usadas en toda la historia por ingenieros, biólogos, químicos con la finalidad de observar pequeñas partículas en materiales.

Las imágenes que se incrementan en el TEM ofrecen información importante sobre la estructura del material y como en el MEB también se puede ver en su superficie, en este caso podemos corroborar si el material es amorfo o cristalino.

Si el material presenta una estructura cristalina, en este se puede cumplir la condición de Bragg y los electrones difracten coherentemente la onda electrónica incidente. Entonces, se espera que tengamos un diagrama de difracción, que no proporcione información valiosa sobre la estructura y orientación de los electrones transmitidos y desviados.

^{Imagen CCO Creative Commons propieddad del autor Kennethr Fuente Pixabay}

Principalmente este tipo de técnicas nos puede aportar información muy importante sobre la estructura del materiales como mencione en el párrafo anterior. De igual forma podemos ver la cristalización, tensión y morfología del material, a diferencia de la técnica de exploración que solo aporta datos sobre la morfología de una muestra. No obstante el microscopio electrónico de transmisión requiere de muestras muy bien preparadas para su respectivo análisis, es decir, especímenes muy limpios y finos, más adelante hablare sobre la preparación de una muestra para luego caracterizar por medio del TEM.

Se utiliza un haz de electrones aumentado y enfocado ya sea por lentes eléctricos o electromagnéticos. Durante muchos años los científicos han estudiado y observado cuál de los dos tipos de lentes es de mejor calidad y concluyeron que el lente magnético es mejor debido a su precisión en el momento de observar el material. Entonces, dicha lente tiene la función específica de crear campos que dirigen y enfocan los electrones, ya que tiene la ventaja con respecto a los microscopios ópticos de que estos no funcionan con electrones.

Al incluir un condensador en este sistema, tenemos la posibilidad de obtener imágenes de mayor resolución, ya que este condensador que viene conformado por una lente electromagnética, el haz de electrones se puede enfocar con mayor precisión en el material.

En estos dispositivos, la placa se coloca en la rejilla cubierta de cobre, en la que se ha montado la muestra del material. La placa debe mantenerse muy limpia, de lo contrario el movimiento de la muestra se verá afectado, obstruyendo la observación.

Es muy importante que en este tubo no se encuentre la colisión de los electrones con las moléculas del aire y estos puedan desviarse correctamente en el vacío.

Es por eso que el haz de electrones utilizado en el microscopio electrónico debe viajar en un espacio vacío, es decir, bien evacuado y sin moléculas de aire. La presión de aire en la columna del microscopio debe estar entre 10^-4 a 10^-5 mm Hg. Esto se considera de alto vacío y se produce mediante el uso de bombas mecánicas que extraen aire del interior de la columna del microscopio.

Sin duda, es la parte fundamental para el correcto funcionamiento del microscopio y es posible visualizar imágenes de alta resolución.

Es la parte final de la medición, donde podemos visualizar el material caracterizado, en este caso la imagen se proyecta en una pantalla en la que la energía de los electrones se transforma en luz gracias a la física utilizada en este caso como la fluorescencia.

Finalmente podemos observar en alta resolución y muy cerca del material, debe recordarse que este microscopio puede llevar el material a mis tiempos.

Las imágenes se pueden grabar en una película fotográfica. Al igual que los fotones, los electrones que influyen en la emulsión fotográfica producen cambios en los cristales de bromuro de plata, obteniendo un negativo en blanco y negro, que una vez revelado por los métodos fotográficos clásicos puede copiarse en papel. De esta forma, la microfotografía (micrografía) se obtiene electrónicamente.

^{Composición del microscopio electrónico de transmisión TEM
Imagen modificada con licencia CC BY-SA 3.0}

¿Cómo funciona el TEM?

Ahora bien, luego de explicar cada una de las partes del TEM, es necesario saber como todos estos dispositivos se complementan para finalmente realizar una perfecta toma de imagen de un material. Como ya mencione el TEM tiene un cañón de electrones, este acelera a velocidades bastante altas a los electrones usando a su vez un embobinado electromagnético que lleva el voltaje a millones de V.

^{Imagen CCO Creative Commons propiedad del autor Carlos Gatica Fuente Wikipedia}

Luego el haz de electrones sera enfocado por otro haz más fino por una lente del condensador, dicho lente tiene una abertura bastante amplia el cual tiene como función principal eliminar los electrones de ángulos muy altos. Cuando los electrones han alcanzado su máxima velocidad a través de la muestra del material fina, todas las partes del haz de electrones deben transmitirse. El lente objetivo enfocara la porción del haz que se transmitió de la muestra a la imagen.

Otro punto a destacar en el funcionamiento del TEM es el sistema de vació que tiene una importante función, ya que debe asegurarse que los electrones que circulan en el aparato no choquen con los átomos del gas implementado, de lo contrario el barrido de la muestra traería resultados incorrectos.

Finalmente la imagen que produce el microscopio es considerada por medio de una proyección en el sistema de grabación de imagen que posteriormente se reflejada en una pantalla fluorescente, esto sucede cuando el haz de electrones es irradiado y esta pantalla emite fotones.

Luego una cámara que captara esta imagen es colocado debajo del aparato para capturar y obtener digitalmente esta imagen final de la muestra, donde podemos obtener resultados del material que al principio deseamos caracterizar.

En los próximos artículos explicare otros puntos importantes sobre la microscopia electrónico de transmisión como por ejemplo: la preparación de la muestras, colocación el portamuestras y algunas aplicaciones en diferentes ramas de la ciencia.

Sin duda alguna la microscopia electrónica es fascinante y de mi parte espero seguir aportando buenos escritos sobre esta tecnología que en el transcurrir del tiempo ha facilitado la vida para muchos científicos y por ello el descubrimiento de grandes avances científicos