Il microscopio elettronico

Un microscopio elettronico è un apparecchio per la visione dotato di un altissimo potere di risoluzione, che permette di osservare da vicino campioni di grandezze straordinariamente piccole, praticamente infinitesimali, grazie alle proprietà ondulatorie di uno o più fasci di elettroni.

Il microscopio elettronico

Le caratteristiche principali di un microscopio elettronico

Parallelamente all’ottica geometrica abbiamo assistito allo sviluppo di una nuova branca dell’ottica che p state denominata ottica elettronica e che prende fondamento dal pensiero di uno scienziato fisico chiamato De Broglie. Era il 1024 quando lo studioso si basò sul concetto di fotone, che assegnava anche alla luce delle proprietà materiali, per formulare l’ipotesi che anche le particelle materiali potevano comportarsi come i fasci di luce, ed essere quindi dotate di proprietà ondulatorie.

Basandosi su questo pensiero fu possibile realizzare un microscopio elettronico che funziona inviando sul campione da analizzare un fascio di elettroni e analizzando poi le figure di diffrazione che ne scaturivano. Il principale vantaggio di questo tipo di strumento ovviamente sta nell’altissimo potere di risoluzione, che diventa tanto grande quanto è grande la lunghezza d’onda de fascio di luce impiegato. La luce visibile infatti ha una lunghezza d’onda il cui valore si aggira mediamente intorno ai 5000 A, mentre un fascio di elettroni accelerati a circa 100 kV può vantare una lunghezza d’onda di circa 0,05 A: questo vuol dire un potere di risoluzione più grande di circa 100.000 volte!

Questo potentissimo strumento ci consente, quindi, di osservare le minime strutture e i più piccoli dettagli che sarebbe impossibile cogliere con l’utilizzo di un normale microscopio ottico, per quanto potente possa essere. I risultati sorprendenti di un microscopio elettronico sono sorprendenti soprattutto per quel che riguarda gli studi in biologia, in metallurgia e nel campo della medicina.

Per quel che riguarda le caratteristiche tecniche, questo strumento è formato da una sorgente di elettroni, da una lente che svolge la funzione di condensatore magnetico e che serve a indirizzare il fascio di elettroni sul campione che si desidera osservare, da una lente magnetica che ha la funzione di obiettivo, da un’altra lente sempre magnetica che funge da proiettore e che blocca gli elettroni nel campo ottico del sistema, e infine da un elemento che serve a raccogliere le immagini restituite dal microscopio, che può quindi essere una lastra fotografica, una pellicola o uno schermo fluorescente. Tutto il sistema viene mantenuto sotto vuoto spinto per evitare che si possano verificare indesiderate dispersioni del fascio di elettroni.

Come funziona il microscopio elettrico

In un microscopio elettronico la sorgente degli elettroni è rappresentata da un filamento di tungsteno molto sottile a forma di “V”, la cui differenza di potenziale negativa viene mantenuta tra 30 e 100 kV. Gli elettroni poi passano nel condensatore magnetico attraverso un foro che si trova nell’anodo; il condensatore ha lo scopo di regolare l’intensità stessa della convergenza del fascio di elettroni.

Il fascio elettronico va poi a colpire il campione da osservare, su cui poi subisce la diffrazione. Le parti del campione che provocano una maggiore deviazione della radiazione sono quelle più spesse e più dense, che risulteranno quindi più scure nell’immagine risultante. Per regolare la nitidezza dell’immagine si effettua una regolazione della corrente, più precisamente nell’avvolgimento dell’obiettivo magnetico. Replicando questa azione sul proiettore si può regolare l’ingrandimento stesso dell’immagine.

Il microscopio elettronico a scansione (SEM)

In questa variante di microscopio elettronico, il fascio di elettroni che va a colpire il campione da esaminare provoca l’emissione da parte del campione stesso di tantissime particelle, tra cui ci sono anche gli elettroni secondari. Sono questi ultimi ad essere individuati da un apposito rivelatore, per poi essere trasformati in impulsi elettrici. In questo strumento il fascio di elettroni non è fisso ma a scansione:ç passa, cioè, sul campione da esaminare riga dopo riga, in una sequenza di zone rettangolari.

Il microscopio elettronico a trasmissione (TEM)

In questo tipo di microscopio elettronico il fascio di elettroni, prima di colpire il campione da esaminare, passano in una zona dove è stato creato artificialmente il vuoto, e solo successivamente passano attraverso il materiale da esaminare.

Il microscopio ionico

Il microscopio ionico è una variante del microscopio elettronico, realizzata nel 1936 da uno studioso di nome Muller. Il microscopio ionico tra tutti i microscopi è quello più potente e consente di ottenere risoluzioni di livello atomico, con un ingrandimento di circa un 1.000.000 di diametri.

Il microscopio ionico è costituito da un catodo con una punta a forma di ago, sulla quale viene posizionato il campione da osservare, contenuto in una piccola spirale. Successivamente avviene un riscaldamento che permette un’evaporazione sotto vuoto; questo processo crea un campo elettrico molto intenso tra il catodo e l’anodo, che ha lo scopo di accelerare gli ioni positivi che provengono dal campione da esaminare. Questi ioni poi colpiscono uno schermo fluorescente che permette di visualizzare un’immagine ingrandita della superficie esaminata.

Questo complesso strumento viene utilizzato principalmente per esaminare le superfici dei reticoli di composti conduttori, metalli e leghe, oltre che per l’esame di fenomeni come la catalisi.



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