ESFM-IPN Unidad Profesional Adolfo Lpez MateosZacatenco, Mx. D.F. 077338 Microscopia electrnica de Transmisin (SEM 3)Roco Magne Acosta VzquezNo. De Boleta: 2007330001Fecha de entrega: 12 de Enero del 2016

ObjetivoEntender el funcionamiento del microscopio de barrido y las diversas aplicaciones que nos ofrece para el anlisis de muestras.AntecedentesEn 1924 de Broglie postulo el famoso principio conocido como dualidad onda partcula para la materia, segn el cual, as como a las ondas electromagnticas se les puede asociar una partcula llamada fotn y por medio de l se explican los fenmenos corpusculares de la luz, a toda partcula con cantidad de movimiento p se le puede asociar una con longitud de onda tal que = .En particular para los electrones que han sido acelerados a travs de un potencial V en voltios, su longitud de onda asociada est dado por la expresin:(Ec 1)

La siguiente tabla muestra las longitudes de onda de los electrones para diferentes voltajes aceleradores y la correspondiente velocidad adquirida

Tabla 1.- Longitudes de onda de los electrones

Para efectos de comparacin, la longitud de onda de la luz en el rango visible vara entre 4000 y 7000 amstrongs, 105 veces mayor que para los electrones; la de la radiacin X vara entre 10 amstrongs para Rayos X blandos a 0.1 amstrongs para Rayos-X duros. O sea 103 veces mayor que para electrones.Microscopia de luz y microscopia de electronesEl orden de magnitud de longitud de onda de los electrones permite concebir la idea de que con la ayuda de lentes electromagnticas, que enfoquen el haz de electrones se puede obtener un microscopio de alto poder resolucin. Esta idea se fue haciendo realidad, primero en los 20 aos de este siglo cuando se construyeron lentes para electrones (h.Bosh) y en la dcada de los 30 cuando se obtuvieron las primeras imgenes de un microscopio de electrones como fuente de radiacin. Los electrones emitidos por un filamento son acelerados por un nodo y enfocados sobre el espcimen con ayuda de lentes magnticas condensadoras y aberturas. (Fig 1)

Figura 1. Esquema de las partes que componen un Microscopio electrnico de Transmisin

Figura 2.- Esquema de los principales defectos de las lentes electromagnticas. a) Aberracin Esfrica, b) Aberracin cromtica, c) Astigmatismo.La imagen o patrn de difraccin del espcimen se enfoca con una lente objetivo y con ayuda de un sistema de lentes amplificadora se proyecta sobre una pantalla fluorescente. La profundidad de campo es tal tanto que la base como el tope del espcimen estn en foco simultneamente, y la profundidad de foco es tal que la placa fotogrfica puede estar 150 cms. O por debajo de la pantalla fluorescente.Existen limitaciones en el funcionamiento de un microscopio electrnico, debido fundamentalmente a los defectos de las lentes electromagnticas que adolecen de los mismos defectos de las lentes de vidrio, de los cuales los ms importantes en relacin con la lente objetivo son la aberracin esfrica y cromtica y el astigmatismo, pues determinan el poder de resolucin del microscopio electrnico. La figura (2) muestra esquemticamente la aberracin esfrica, la aberracin cromtica y el astigmatismo, este ltimo corregible con ayuda de astigmatores para la lente objetivo.El poder de resolucin en microscopia electrnica tiene que ver con el tipo particular de espcimen y con el instrumento en s, esto ltimo funcin de las aberraciones de las lentes.De la aberracin esfrica en la figura (2a), se sigue que entre ms pequea sea la abertura es la resolucin, pero para aberturas de lentes muy pequeas aparecen efectos de difraccin, segn se muestra en la figura 3. La imagen de una fuente puntual al atravesar una abertura circular es un disco central brillante rodeado por anillos oscuros concntricos. Si tenemos, dos fuentes puntuales que atraviesan la abertura caracterizada por , las distribucin de la intensidad en el plano imagen se muestra en la figura (3a). La distancia rd ms cerca que pueden estar las dos fuentes S1 y S2 tal que podamos distinguir o resolver los dos puntos S1 y S2 , es tal que en la imagen el primer mnimo de uno de los dos, al superponerse con el patrn de intensidad del otro, coincide con el mximo del este; en esa situacin el mnimo central tiene una intensidad de 0.81 del mximo. Figura 3. Imagen de difraccin o patrn de intensidad de dos fuentes puntuales a travs de una abertura objetivo con ngulo. a) Imgenes completamente resueltas. b) Situacin correspondiente al criterio de Rayleigh para el poder de resolucin.

Esta condicin es conocida como el criterio de Rayleigh y nos dice que el lmite de resolucin punto a punto es tal que :rd =0.161 (Ec.2)La abertura ptima es tal que(Ec 3)

Dando un mximo de resolucin (Ec. 4)

Para un voltaje acelerador de 100Kv (e= 0.0037 amstrongs), rmin= 2 a 3 amstrongs.Modo de operacin Modo de campo claroHasta el momento se ha presentado la microscopia electrnica desde el punto de vista de su analoga con la microscopia ptica, Figura 4 a) y sus conceptos fsicos comunes, pero existe una gran diferencia entre ellas y est en el mecanismo de formacin de la imagen obtenida. En el caso de la luz un punto de la imagen es claro u oscuro dependiendo de las absorciones de la luz al atravesar la muestra por ese punto, mientras que para electrones la absorcin no es el efecto predominante, sino la mayor o menor dispersin elstica que experimenta el haz de electrones debido al potencial coulombiano del ncleo de los tomos que conforman la muestra, y las superposiciones de esas ondas dispersadas en el plano imagen que resultan en un efecto de interferencia, que causa un contraste de difraccin a la muestra cristalina. Figura 4 c) . Ondas dispersadas elsticamente a ngulos grandes pueden ser absorbidas por una abertura de la lente objetivo 4 b) y 4 c) y as decrece la intensidad transmitida y por lo tanto se puede aumentar el contraste en las imgenes.

Figura 4 a) Comparacin esquemtica entre la trayectoria de los rayos principales para una lente de vidrio para la luz. a ) y una lente electromagntica para los electrones b).

Figura 4b) Principio de formacin de la imagen en muestras amorfas. Los ncleos de tomos de tipo B dispersan ms fuerte que los tomos tipo A, haces que son interceptados por la abertura del objetivo y darn por lo tanto contraste en la pantalla.

Figura 4 c) Principio de formacin de la imagen en muestras cristalinas. Aquellos haces difractados tales que son interceptados por la abertura objetivo disminuyen la intensidad en la pantalla dando lugar al contraste de difraccin.

El microscopio electrnico de transmisin es un instrumento que utiliza como fuente de iluminacin un haz de electrones que son generados por un filamento de tungsteno cuando este por efecto termoinico se pone incandescente. Estos electrones son acelerados y dirigidos hacia la muestra mediante lentes electromagnticas en condiciones de alto vaco.Con el fin de observar la muestra en el microscopio electrnico de transmisin hay que prepararla previamente segn mtodos especficos de fijacin, inclusin ultramicrotoma, o crioultramicrotoma. La imagen que se obtiene es plana y monocromtica (en blanco y negro) y se puede llegar a un lmite de resolucin de 0.3 nm.

Figura 3. Ejemplo de una muestra tomada (TEM).La microscopia electrnica de transmisin sirve para estudiar todo tipo de materiales siempre y cuando cuenten con la preparacin adecuada y tengan dimensiones dentro del rango nanometrico o incluso sub-micromtrico. Por sus caractersticas, es una herramienta importante para la caracterizacin estructural de materiales nano estructurados, de los cuales se puede obtener no solo informacin morfolgica, sino tambin cristalogrfica y de composicin qumica con la ayuda de la espectroscopia de dispersin de energa de rayos-X (EDS). En la modalidad de STEM es posible hacer estudios de dispersin de partculas y mapeos qumicosPrincipios de la TcnicaEl microscopio electrnico de transmisin utiliza un fino haz de electrones acelerados a gran velocidad como fuente de iluminacin. Dichos electrones atraviesan la muestra, producindose la dispersin de los mismos en diferentes trayectorias caractersticas de la ultraestructura del material observado. Colocando una barrera fsica de pequea apertura angular por debajo del plano de la muestra, los electrones dispersados segn ciertos ngulos, sern eliminados del haz, siendo la imagen formada menos intensa en aquellas zonas correspondientes a una mayor masa de la misma. La imagen de alta resolucin formada es aumentada y proyectada sobre una pantalla fluorescente para su visualizacin en tiempo real, pudiendo registrarse digitalmente o en negativos para su estudio posterior.Procedimiento experimental En esta prctica se obtuvieron algunas imgenes mostrando diversos enfoques, las cuales son tiles para darnos una idea ms clara acerca de las funciones que tiene el TEM, de manera anloga como en el SEM se dej que el microscopio hiciera vaco, pero ya que es un equipo ms especializado, para lograr el enfoque adecuado se trataron las posibles aberraciones que se pudieran presentar, mirando el circulo de confusin (que nos permite observar las posibles aberraciones).Anlisis ExperimentalA continuacin se muestran las imgenes obtenidas en el IMP por el TEM, en diversos enfoques y por ltimo se realiz difraccin de rayos X a la muestra.

Figura 5.- Muestra tomada En bajo foco Figura 6.Muestra tomada en Foco

Figura 7.- Muestra tomada en sobre FocoEn las imgenes anteriores se muestran las diferencias en cuanto a enfoque, si la imagen se encuentra en bajo foco, podemos obtener una imagen detallada y precisa de la muestra, a diferencia de las imgenes de foco y sobre foco en donde la imagen comienza a notarse difusa , as mismo se pierden detalles interesantes de la muestra. En las siguientes imgenes se muestran el patrn de difraccin tomado de la muestra

Figura 8.- Patrones difraccin, si observamos detenidamente ambas imgenes la del lado izquierdo se muestra menos brillante que la de la derecha y la ltima imagen (abajo) es ms brillante que las otras dos y si observamos detenidamente se muestran puntos del patrn de difraccin que no estn presentes en las otras dos.

ConclusionesEl enfoque en las imgenes es uno de los aspectos ms importantes para tener claridad en las imgenes, existen diversos tipos de enfoque, el que nos muestra una imagen adecuada fue la de bajo foco, ya que las otras dos (Sobre foco y en foco) no lo hacan. En los patrones de difraccin si la imagen era ms brillante se mostraban puntos en el patrn de difraccin que no estaban presentes en las otras dos imgenes.

Bibliografahttp://bibliotecadigital.univalle.edu.co/bitstream/10893/4437/1/Usos%20y%20Aplicaciones%20de%20la%20Microscop%C3%ADa%20Electronica.pdfhttps://www.uam.es/ss/Satellite/es/1242668321277/1242666606887/UAM_Laboratorio_FA/laboratorio/Laboratorio_de_Microscopia_Electronica_de_Transmision.htm