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Microscopio
El microscopio compuesto consiste en dos sistemas de lentes,
el objetivo y el ocular, montados en extremos opuestos de un
tubo cerrado. El objetivo está compuesto de varias lentes que
crean una imagen real aumentada del objeto examinado. Las
lentes de los microscopios están dispuestas de forma que el
objetivo se encuentre en el punto focal del ocular. Cuando se
mira a través del ocular se ve una imagen virtual aumentada de
la imagen real. El aumento total del microscopio depende de
las distancias focales de los dos sistemas de lentes.
El equipamiento adicional de un microscopio consta de un
armazón con un soporte que sostiene el material examinado y de
un mecanismo que permite acercar y alejar el tubo para enfocar
la muestra. Los especímenes o muestras que se examinan con un
microscopio son transparentes y se observan con una luz que
los atraviesa; se suelen colocar sobre un rectángulo fino de
vidrio. El soporte tiene un orificio por el que pasa la luz.
Bajo el soporte se encuentra un espejo que refleja la luz para
que atraviese el espécimen. El microscopio puede contar con
una fuente de luz eléctrica que dirige la luz a través de la
muestra.
La fotomicrografía, que consiste en fotografiar objetos a
través de un microscopio, utiliza una cámara montada por
encima del ocular del microscopio. La cámara suele carecer de
objetivo, ya que el microscopio actúa como tal. El término
microfotografía, utilizado a veces en lugar de fotomicrografía,
se refiere a una técnica de duplicación y reducción de
fotografías y documentos a un tamaño minúsculo para guardarlos
en un archivo.
Los microscopios que se utilizan en entornos científicos
cuentan con varias mejoras que permiten un estudio integral
del espécimen. Dado que la imagen de la muestra está ampliada
muchas veces e invertida, es difícil moverla de forma manual.
Por ello los soportes de los microscopios científicos de alta
potencia están montados en una plataforma que se puede mover
con tornillos micrométricos. Algunos microscopios cuentan con
soportes giratorios. Todos los microscopios de investigación
cuentan con tres o más objetivos montados en un cabezal móvil
que permite variar la potencia de aumento.
3 MICROSCOPIOS ÓPTICOS ESPECIALES
Hay diversos microscopios ópticos para funciones especiales.
Uno de ellos es el microscopio estereoscópico, que no es sino
un par de microscopios de baja potencia colocados de forma que
convergen en el espécimen. Estos instrumentos producen una
imagen tridimensional.
El microscopio de luz ultravioleta utiliza el rango
ultravioleta del espectro luminoso en lugar del rango visible,
bien para aumentar la resolución con una longitud de onda
menor o para mejorar el detalle absorbiendo selectivamente
distintas longitudes de onda de la banda ultravioleta. Dado
que el vidrio no transmite las longitudes de onda más cortas
de la luz ultravioleta, los elementos ópticos de estos
microscopios están hechos con cuarzo, fluorita o sistemas de
espejos aluminizados. Además, dado que la radiación
ultravioleta es invisible, la imagen se muestra con
fosforescencia (véase Luminiscencia), en fotografía o con un
escáner electrónico. El microscopio de luz ultravioleta se
utiliza en la investigación científica.
El microscopio petrográfico o de polarización se utiliza para
identificar y estimar cuantitativamente los componentes
minerales de las rocas ígneas y las rocas metamórficas. Cuenta
con un prisma de Nicol u otro tipo de dispositivo para
polarizar la luz que pasa a través del espécimen examinado
(véase Óptica: Polarización de la luz). Otro prisma de Nicol o
analizador determina la polarización de la luz que ha pasado a
través del espécimen. El microscopio tiene un soporte
giratorio que indica el cambio de polarización acusado por el
espécimen.
El microscopio en campo oscuro utiliza una luz muy intensa en
forma de un cono hueco concentrado sobre el espécimen. El
campo de visión del objetivo se encuentra en la zona hueca del
cono de luz y sólo recoge la luz que se refleja en el objeto.
Por ello, las porciones claras del espécimen aparecen como un
fondo oscuro y los objetos minúsculos que se están analizando
aparecen como una luz brillante sobre el fondo. Esta forma de
iluminación se utiliza para analizar elementos biológicos
transparentes y sin manchas, invisibles con iluminación
normal.
El microscopio de fase ilumina el espécimen con un cono hueco
de luz, como en el microscopio en campo oscuro. Sin embargo,
en el microscopio de fase el cono de luz es más estrecho y
entra en el campo de visión del objetivo, que contiene un
dispositivo en forma de anillo que reduce la intensidad de la
luz y provoca un cambio de fase de un cuarto de la longitud de
onda. Este tipo de iluminación provoca variaciones minúsculas
en el índice de refracción de un espécimen transparente,
haciéndolo visible. Este tipo de microscopio es muy útil a la
hora de examinar tejidos vivos, por lo que se utiliza con
frecuencia en biología y medicina.
Entre los microscopios avanzados se encuentra el microscopio
de campo cercano, con el que se pueden ver detalles algo
menores a la longitud de onda de la luz. Se hace pasar un haz
de luz a través de un orificio diminuto y se proyecta a través
del espécimen a una distancia equivalente a la mitad del
diámetro del orificio, formando una imagen completa.
4 MICROSCOPIO ELECTRÓNICO
La potencia amplificadora de un microscopio óptico está
limitada por la longitud de onda de la luz visible. El
microscopio electrónico utiliza electrones para iluminar un
objeto. Dado que los electrones tienen una longitud de onda
mucho menor que la de la luz, pueden mostrar estructuras mucho
más pequeñas. La longitud de onda más corta de la luz visible
es de alrededor de 4.000 angstroms (1 ángstrom equivale a
0,0000000001 metros). La longitud de onda de los electrones
que se utilizan en los microscopios electrónicos es de
alrededor de 0,5 angstroms.
Todos los microscopios electrónicos cuentan con varios
elementos básicos. Disponen de un cañón de electrones que
emite los electrones que chocan contra el espécimen, creando
una imagen aumentada. Se utilizan lentes magnéticas para crear
campos que dirigen y enfocan el haz de electrones, ya que las
lentes convencionales utilizadas en los microscopios ópticos
no funcionan con los electrones. El sistema de vacío es una
parte relevante del microscopio electrónico. Los electrones
pueden ser desviados por las moléculas del aire, de forma que
tiene que hacerse un vacío casi total en el interior de un
microscopio de estas características. Por último, todos los
microscopios electrónicos cuentan con un sistema que registra
o muestra la imagen que producen los electrones.
Hay dos tipos básicos de microscopios electrónicos: el
microscopio electrónico de transmisión (Transmission Electron
Microscope, TEM) y el microscopio electrónico de barrido (Scanning
Electron Microscope, SEM). Un TEM dirige el haz de electrones
hacia el objeto que se desea aumentar. Una parte de los
electrones rebotan o son absorbidos por el objeto y otros lo
atraviesan formando una imagen aumentada del espécimen. Para
utilizar un TEM debe cortarse la muestra en capas finas, no
mayores de un par de miles de angstroms. Se coloca una placa
fotográfica o una pantalla fluorescente detrás del objeto para
registrar la imagen aumentada. Los microscopios electrónicos
de transmisión pueden aumentar un objeto hasta un millón de
veces.
Un microscopio electrónico de barrido crea una imagen ampliada
de la superficie de un objeto. No es necesario cortar el
objeto en capas para observarlo con un SEM, sino que puede
colocarse en el microscopio con muy pocos preparativos. El SEM
explora la superficie de la imagen punto por punto, al
contrario que el TEM, que examina una gran parte de la muestra
cada vez. Su funcionamiento se basa en recorrer la muestra con
un haz muy concentrado de electrones, de forma parecida al
barrido de un haz de electrones por la pantalla de una
televisión. Los electrones del haz pueden dispersarse al
alcanzar la muestra o provocar la aparición de electrones
secundarios. Los electrones dispersados y los secundarios son
recogidos y contados por un dispositivo electrónico situado a
los lados del espécimen. Cada punto leído de la muestra
corresponde a un píxel en un monitor de televisión. Cuanto
mayor sea el número de electrones contados por el dispositivo,
mayor será el brillo del píxel en la pantalla. A medida que el
haz de electrones barre la muestra, se presenta toda la imagen
de la misma en el monitor. Los microscopios electrónicos de
barrido pueden ampliar los objetos 100.000 veces o más. Este
tipo de microscopio es muy útil porque, al contrario que los
TEM o los microscopios ópticos, produce imágenes
tridimensionales realistas de la superficie del objeto.
Se han desarrollado otros tipos de microscopios electrónicos.
Un microscopio electrónico de barrido y transmisión (Scanning
Transmission Electron Microscope, STEM) combina los elementos
de un SEM y un TEM, y puede mostrar los átomos individuales de
un objeto. El microanalizador de sonda de electrones, un
microscopio electrónico que cuenta con un analizador de
espectro de rayos X, puede analizar los rayos X de alta
energía que produce el objeto al ser bombardeado con
electrones. Dado que la identidad de los diferentes átomos y
moléculas de un material se puede conocer utilizando sus
emisiones de rayos X, los analizadores de sonda de electrones
no sólo proporcionan una imagen ampliada de la muestra, como
hace un microscopio electrónico, sino que suministra también
información sobre la composición química del material.
5 MICROSCOPIO DE SONDA DE BARRIDO
En los microscopios de sonda de barrido se utiliza una sonda
que recorre la superficie de una muestra, proporcionando una
imagen tridimensional de la red de átomos o moléculas que la
componen. La sonda es una afilada punta de metal que puede
tener un grosor de un solo átomo en su extremo. Un tipo
importante de microscopio de sonda de barrido es el
microscopio túnel de barrido (siglas en inglés de Scanning
Tunnelling Microscope, STM) desarrollado en 1981. Este
microscopio utiliza un fenómeno de la física cuántica,
denominado efecto túnel, para proporcionar imágenes detalladas
de sustancias conductoras de electricidad. La sonda se coloca
a una distancia de pocos angstroms de la superficie del
material y se aplica un voltaje pequeño entre la superficie y
la sonda. A causa de la poca distancia entre el material y la
sonda, algunos electrones se escapan a través del hueco,
generando una corriente. La magnitud de la corriente del
efecto túnel depende de la distancia entre la superficie y la
sonda. El flujo de corriente es mayor cuando la sonda se
acerca al material y disminuye cuando se aleja. A medida que
el mecanismo de barrido mueve la sonda por encima de la
superficie, se ajusta de modo automático la altura de la sonda
para mantener constante la corriente del efecto túnel. Estos
ajustes minúsculos permiten dibujar las ondulaciones de la
superficie. Después de muchas pasadas hacia adelante y hacia
atrás se utiliza una computadora para crear una representación
tridimensional del material.
Otro tipo de microscopio de sonda de barrido es el microscopio
de fuerza atómica (Atomic Force Microscope, AFM), que no
emplea la corriente de efecto túnel y que, por tanto, se puede
utilizar también en materiales no conductores. A medida que la
sonda se mueve a lo largo de la superficie de la muestra los
electrones de la sonda de metal son repelidos por las nubes
electrónicas de los átomos de la misma. La altura de la sonda
se ajusta de modo automático para mantener constante la fuerza
de repulsión. Un sensor registra el movimiento ascendente y
descendente de la sonda y entrega la información a una
computadora, que a su vez la utiliza para dibujar una imagen
tridimensional de la superficie del espécimen.
Artículo enviado
por Adrián Durá Dolz
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