Por Alex Ilitchev
¿Cómo funciona un microscopio electrónico de barrido?
Es probable que haya visto algunas de las increíbles imágenes que la microscopía electrónica de barrido (MEB) ha producido del mundo invisible que nos rodea. Ya se trate de los paisajes geométricos de los cristales o de la anatomía de una minúscula mosca de la fruta, el MEB ha desvelado innumerables maravillas y ha servido de base para una miríada de descubrimientos fundamentales en las ciencias de la vida y de los materiales.
Comparación de un microscopio óptico y un microscopio electrónico de barrido. El microscopio óptico se ha invertido para facilitar la comparación.
Al igual que nuestros ojos pueden ver los objetos gracias a la reflexión de la luz en su superficie, un microscopio electrónico también puede captar los electrones reflejados para extraer información de la superficie de una muestra. Sin embargo, la menor longitud de onda de los electrones permite a los microscopios electrónicos captar detalles mucho más precisos que la luz. El «barrido» del nombre describe el hecho de que el haz de electrones relativamente estrecho debe moverse a través de la superficie de la muestra para obtener la imagen. Este patrón de barrido de trama se utiliza para cartografiar toda la superficie de interés, y los datos se recogen a intervalos frecuentes y discretos. Es como mover sistemáticamente una linterna por una habitación oscura para ver su contenido.
Ejemplo de patrón de barrido en zig-zag.
Imágenes de electrones retrodispersados y electrones secundarios
Los microscopios electrónicos de barrido suelen estar diseñados para detectar numerosas señales, incluso más allá de los electrones reflejados. Los rayos X, por ejemplo, también se producen cuando el haz de electrones de alta energía impacta en la muestra, y éstos aportan información adicional sobre la muestra. Sin embargo, las dos señales electrónicas principales que se obtienen con el MEB son los electrones retrodispersados y los electrones secundarios.
Los electrones retrodispersados (BSE ) son electrones de alta energía procedentes del haz que son expulsados tras interactuar con los átomos de la muestra. Al dispersarse elásticamente, abandonan la muestra sin apenas pérdida de energía. Cuanto más pesado sea el átomo (mayor número atómico), mayor será la retrodispersión de electrones. Por lo tanto, las imágenes de BSE proporcionan la composición relativa de la muestra, correspondiendo las zonas más brillantes a los átomos más pesados.
Imagen SEM de retrodispersión de un polvo utilizado en la fabricación aditiva. Las partículas brillantes son de cobre (número atómico N = 29), mientras que las grises oscuras son una aleación de magnesio, aluminio y silicio (N = 12, 13 y 14 respectivamente).
Por su parte,los electrones secundarios (SE) son el resultado de la dispersión inelástica entre los electrones de la muestra y el haz de electrones. Estos electrones atómicos son desplazados por los electrones del haz y expulsados de la muestra. Como su energía es relativamente baja, sólo pueden escapar de la muestra y alcanzar el detector si son expulsados cerca de la superficie de la muestra. Por este motivo, las imágenes de electrones secundarios se utilizan para revelar la topografía de una muestra. Muchos electrones pueden escapar por los bordes, que aparecen brillantes, y menos por los huecos, que aparecen más oscuros.
Imagen de electrones secundarios de carbonatos, que muestra su morfología y detalles topográficos.
Espectroscopia de dispersión de energía en el SEM
La tercera señal, cada vez más importante, que se genera en un MEB son los rayos X, que se producen en paralelo con los electrones secundarios. La eliminación del SE de una capa interna de electrones desestabiliza el átomo. Para restablecer la estabilidad, un electrón de una capa de mayor energía puede liberar su exceso de energía en forma de fotón de rayos X y rellenar la vacante. La energía de estos rayos X es característica del elemento específico y puede utilizarse para identificar y cuantificar la composición elemental de la muestra. Esta técnica se denomina espectroscopia de energía dispersiva de rayos X (abreviada como EDX o EDS) y suele ser un componente integrado de los MEB modernos.
Conclusiones
La microscopía electrónica de barrido se perfecciona continuamente y permite obtener imágenes con una resolución cada vez mayor. Algunos MEB de gama alta pueden incluso alcanzar la resolución de los microscopios electrónicos de transmisión (MET). Además, muchos MEB pueden equiparse con detectores específicos de microscopía electrónica de transmisión por barrido (STEM), que se colocan debajo de la muestra y permiten obtener imágenes de microscopía electrónica de transmisión sin necesidad de un MET específico.
Este blog sirve como introducción de alto nivel a los microscopios electrónicos de barrido y sus capacidades. Si desea obtener más información sobre esta apasionante técnica analítica, visite nuestro Centro de Aprendizaje de Microscopía Electrónica.
Si desea conocer más aspectos básicos de la microscopía electrónica, explore algunos de nuestros otros blogs de la serie Microscopía 101, entre los que se incluyen:
– La anatomía de un microscopio electrónico
– ¿Cómo se hace un haz de electrones? – Fundamentos de la fuente de electrones
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