El microscopi electrònic

Ja us vaig explicar la bonica història sobre Leeuwenhoeck i el
microscopi
. Gràcies a aquest invent podem augmentar les coses i
veure-les més grans del que en realitat són, amb tots els avantatges
que això ens aporta. No obstant això, el microscopi amb el qual tots
estem familiaritzats és l’òptic i encara que va ser un gran avançament
té els seus límits.

[@more@]

Els microscopis òptics presenten un problema: no podem augmentar l’escala tant com vulguem. La llum té una determinada longitud d’ona. Si volem distingir dos punts molt pròxims i els il·luminem amb una longitud d’ona més gran a aquesta distància els veurem com un sol. A més, el fenomen de la difracció fa que la imatge d’un punt lluminós sigui una taca circular brillant envoltada d’anells concèntrics més apagats i aquest diàmetre dependrà d’aquesta longitud d’ona. (Recordar-les explicacions de la difracció a l’article del Principi de Huygens-Fresnel)

Les taques imatge de dos punts pròxims només les distingirem com separades quan no se superposin o se superposin menys de la meitat del seu radi (criteri de Lord Raileigh). El millor microscopi òptic ideal i perfecte estaria limitat físicament a una resolució d’uns 0,2 micròmetres (un micrómetre és la mil·lèsima part d’un mil·límetre), amb 540 nm de longitud d’ona. Per què no aplicar longituds d’ona més petites? Doncs perquè ens sortiríem del visible, ens anem a l’ultraviolada i les coses es compliquen.

Tot i així, s’han fet els esmentats microscopis que utilitzaven llum ultraviolada de 200 nm que poden obtenir una resolució de 0,1 micròmetres. Les imatges han de ser registrades en plaques fotogràfiques, ja que si els miréssim directament podrien danyar la nostra retina. Ja veiem que l’ordre de magnitud no pot augmentar molt més d’aquesta manera.

Recordeu però, que tal com la llum tenia comportament corpuscular, la matèria també té comportament ondulatori. Aquesta és la hipòtesi de de Broglie. Per tant, si en comptes de passar llum fem passar un feix d’electrons, longitud d’ona dels quals és aproximadament 1/200 de la visible, augmentarem la resolució a la mateixa proporció.

Tindrem amb això un microscopi electrònic. En comptes d’utilitzar llum, utilitzem electrons.

Existeixen dos tipus de microscopi electrònic. Sense entrar en detalls excessivament tècnics, en un d’ells llencem un feix d’electrons i detectem els que reboten. És el microscopi electrònic d’escombrat. En l’altre tallem la mostra de manera molt fina (de l’ordre de deumil·lèsimes de mil·límetre) i el feix d’electrons travessa el material posant el detector en l’altra cara del mateix. Aquest últim és el microscopi electrònic de transmissió. Però no us deixeu enganyar, en el fons és com si amb un microscopi òptic il·luminem des de la part superior de la mostra o des de la part inferior. Així que en aquest aspecte són iguals.

Atès que hem de detectar electrons podem fer diverses imatges des de diferents punts i fer una reconstrucció en 3D i veure el resultat en un monitor de TV. La resolució oscil·la entre 3 i 20 nm (1 nm o 1 nanòmetre és la milionèsima part d’un mil·límetre). Compareu amb l’òptic que eren de l’ordre de 0,2 micròmetres. Hem passat de treballar amb mil·lèsimes de mil·límetre a milionèssimes de mil·límetre. Parlo sempre d’ordres de magnitud, per descomptat.

Tot això està molt bé, però ara cal fer-lo. Tal com en un microscopi òptic necessitem algun generador de llum que bé pot ser el Sol o una bombeta, ara necessitem un canó d’electrons. Per dirigir la llum necessitàvem lents òptiques; ara, per guiar els electrons necessitem lents magnètiques. A això s’afegeix el problema de fer el buit gairebé total doncs no hem de permetre que els electrons xoquin amb res en el seu camí. A més, no podem posar l’ull per mirar els resultats sinó que necessitarem pantalles fotogràfiques o qualsevol mecanisme per passar-ho a un ordinador i voilà.

L’òptica bàsica del primer microscopi electrònic es manté fins als nostres dies; els canvis en els microscopis moderns consisteixen en addicionar més lents. El primer microscopi electrònic de transmissió comercial ho va construir Siemens en 1939.

Sapigueu que s’han fet microscopis també amb protons. Al tenir la longitud d’ona de de Broglie associada més petita que la dels electrons, encara tenen més resolució. Serien microscopis protònics. Fins i tot es van arribar a fer microscopis neutrònics (amb neutrons). Ja podeu imaginar els problemes per accelerar-los, ja que no tenen càrrega (curiosament els neutrons, encara que no tinguin càrrega, sí posseeixen moment magnètic).

Però recordeu: el principi bàsic és la hipòtesi de de Broglie que la matèria té comportament ondulatori. Són maques aplicacions de l’esmentada hipòtesis. Tornem al microscopi electrònic.

El geni inventor: Ernst August Friedrich Ruska (1906-1988). Va estudiar enginyeria a l’Escola Politècnica de Munic i més tard a la Universitat de Berlín, obtenint el seu doctorat. Catedràtic d’Optoelectrònica i Microscòpia de l’Escola Politècnica de Berlín. Va passar més tard a treballar en els laboratoris de Siemens AG. Va ser director, fins a la seva jubilació, de l’Institut de Microscòpia Fritz Haber, dependent de la Societat Max Planck. Va col·laborar activament en els primers treballs destinats al desenvolupament de la televisió. L’invent fa honor a aquest impressionant currículum, oi?

Ruska va ser guardonat amb el Premi Nobel de Física en 1986 compartit amb Gerd Binnig i Heinrich Rohrer. Encara que aquests dos últims no va ser pel microscopi electrònic sinó pel microscopi d’efecte túnel que encara té més resolució i que es basa en un fenomen totalment quàntic, però això ja és una altra història.

Font:
http://historias-de-la-ciencia.bloc.cat/post/1052/73486

Quant a omalaled

Me llamo Fernando y soy un apasionado de la ciencia y admirador de los científicos y ténicos de todas las épocas. Espero disfrutéis sabiendo un poquito más de ellos.
Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Una resposta a El microscopi electrònic

  1. omalaled diu:

    Moltes gràcies, Natàlia.

    Salut!

Els comentaris estan tancats.