Microscopio elettronico

Il microscopio elettronico è un microscopio che utilizza come radiazione gli elettroni anziché la luce, utilizzata nel tradizionale microscopio ottico. Fu inventato dai tedeschi Ernst Ruska e Max Knoll nel 1931.

Schema di un SEM-EDX: gli elettroni emessi da un cannone, che utilizza un filamento di W o LaB₆, giungono al campione in esame dopo essere passati dapprima tra una serie di lenti elettromagnetiche e quindi tra le bobine di deflessione che generano la scansione. I rivelatori ricevono le varie emissioni energetiche generate dal campione.

Si basa sul fatto che il potere di risoluzione è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda della radiazione utilizzata, che è minore per un fascio di elettroni rispetto a uno di fotoni, permettendo un guadagno di parecchi ordini di grandezza.

Storia

Microscopio elettronico costruito da Ernst Ruska nel 1933

Modello EMT3 della RCA di microscopio elettronico da tavolo, 1950

La prima lente elettromagnetica fu sviluppata nel 1926 da Hans Busch.^[1]

Secondo Denes Gäbor, il fisico Leó Szilárd tentò nel 1928 di convincere Busch a fabbricare un microscopio elettronico, per il quale egli aveva ottenuto un brevetto.^[2]

Il fisico tedesco Ernst Ruska e l'ingegnere elettronico Max Knoll costruirono nel 1931 il prototipo di un microscopio elettronico con un potere d'ingrandimento di quattrocento; l'apparato costituì la prima dimostrazione dei principi sui quali si basa il microscopio elettronico.^[3] Due anni dopo, nel 1933, Ruska costruì un microscopio elettronico che superava la risoluzione ottenibile con un analogo strumento ottico.^[3] Per di più, Reinhold Rudenberg, il direttore scientifico della Siemens-Schuckertwerke, ottenne il brevetto per un microscopio elettronico nel maggio del 1931.

Nel 1932, Ernst Lubcke della Siemens & Halske ottenne immagini dal prototipo di un microscopio elettronico applicando i concetti descritti nella domanda di brevetto di Rudenberg. ^[4]

Cinque anni dopo, nel 1937 finanziò le ricerche di Ernst Ruska e di Bodo von Borries, impiegando il fratello di Ernst, Helmut Ruska, per lo sviluppo di applicazioni del microscopio elettronico, specialmente su campioni biologici.^[3]^[5] Sempre nel 1937, Manfred von Ardenne sperimentò il microscopio elettronico a scansione.^[6]

Il primo "pratico" microscopio elettronico fu costruito nel 1938 presso l'Università di Toronto da Eli Franklin Burton e dagli studenti Cecil Hall, James Hillier e Albert Prebus. La Siemens produsse il primo modello "commerciale" di microscopio elettronico a trasmissione (TEM) nel 1939.^[7]

Sebbene gli attuali microscopi elettronici, quali strumenti scientifici, siano capaci d'un potere d'ingrandimento di due milioni, essi rimangono basati sul prototipo di Ruska.

Microscopio elettronico a scansione

Nel microscopio elettronico a scansione (SEM da Scanning Electron Microscope, in italiano abbreviato in MES) un fascio di elettroni colpisce il campione che si vuole osservare.

Dal campione vengono emesse numerose particelle fra le quali gli elettroni secondari. Questi elettroni vengono rilevati da uno speciale rivelatore e convertiti in impulsi elettrici. Il fascio non è fisso ma viene fatto scandire: viene cioè fatto passare sul campione in una zona rettangolare, riga per riga, in sequenza.

Microscopio elettronico a trasmissione

Microscopio elettronico (TEM), Siemens del 1969. 1-cavo dell'alta tensione; 2-emissione di elettroni; 3 -motori di centraggio del raggio; 4 -condensatori; 5 -regolazione dei diaframmi; 6-portacampione; 7-obiettivo; 8-proiettori; 9-microscopio ottico stereoscopico; 10-schermo fluorescente; 11-tubi del sistema per produrre il vuoto; 12- spostapreparati; 13controllo del vuoto ed ingrandimenti; 14-manopole di messa a fuoco

In un microscopio elettronico a trasmissione (TEM da Transmission Electron Microscope, in italiano abbreviato in MET) gli elettroni che costituiscono il fascio attraversano una sezione dove è stato creato precedentemente il vuoto, per poi passare completamente attraverso il campione.

Altri microscopi elettronici

Nell'ambito della microscopia elettronica, sono state messe a punto diverse altre tecniche, che consentono prestazioni ancora migliori di quelle dei modelli tradizionali. Il microscopio elettronico a scansione e a trasmissione (Scanning Transmission Electron Microscope, STEM), ad esempio, combina le caratteristiche di un SEM con quelle di un TEM e ha potere risolutivo estremamente elevato, tale da arrivare a distinguere perfino gli atomi del campione^[8].

Galleria d'immagini

Fibra di poliestere (SEM)
Immagine di polline (SEM)
Immagine di Diatomee con ingrandimento 5000X (SEM)
Imagine di un nematode parassita della soia con falsi colori (SEM)
Testa di una formica (SEM)
Fibre di amianto (SEM)
Occhio di Euphausia superba (SEM)
Corpo di un moscerino (SEM)
Occhio di moscerino (SEM)
Sangue umano (SEM)

Note

^ (DE) Daniel Mathys, Zentrum für Mikroskopie, University of Basel: Die Entwicklung der Elektronenmikroskopie vom Bild über die Analyse zum Nanolabor, p. 8
^ (EN) Gene Dannen, (1998) Leo Szilard the Inventor: A Slideshow (1998, Budapest, conference talk). dannen.com
^ ^a ^b ^c Ernst Ruska, Ernst Ruska Autobiography, su nobelprize.org, Nobel Foundation, 1986. URL consultato il 31 gennaio 2010.
^ (EN) H Gunther Rudenberg e Paul G Rudenberg, Origin and Background of the Invention of the Electron Microscope: Commentary, in Advances in Imaging and Electron Physics, vol. 160, Elsevier, 2010.
^ Kruger DH, Schneck P, Gelderblom HR, Helmut Ruska and the visualisation of viruses, in Lancet, vol. 355, n. 9216, maggio 2000, 1713–7, DOI:10.1016/S0140-6736(00)02250-9, PMID 10905259.
^ (DE) M von Ardenne e D Beischer, Untersuchung von metalloxyd-rauchen mit dem universal-elektronenmikroskop, in Zeitschrift Electrochemie, vol. 46, 1940, 270–277, DOI:10.1002/bbpc.19400460406.
^ James Hillier, su Inventor of the Week: Archive, 1º maggio 2003. URL consultato il 31 gennaio 2010 (archiviato dall'url originale il 23 agosto 2003).
^ Albert V Crewe, Wall, J. & Langmore, J., Visibility of a single atom, in Science, vol. 168, 1970, pp. 1338–1340, DOI:10.1126/science.168.3937.1338, PMID 17731040.

Voci correlate

Altri progetti

Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su microscopio elettronico

Collegamenti esterni

(EN) Savile Bradbury, David C. Joy e Brian J. Ford, scanning electron microscope, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
(EN) David C. Joy, Brian J. Ford e Savile Bradbury, electron microscope, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.

Controllo di autorità	Thesaurus BNCF 26810 · BNF (FR) cb119811272 (data) · J9U (EN, HE) 987007538457205171 · NDL (EN, JA) 00561446

Portale Chimica

Portale Fisica

[1] (DE) Daniel Mathys, Zentrum für Mikroskopie, University of Basel: Die Entwicklung der Elektronenmikroskopie vom Bild über die Analyse zum Nanolabor, p. 8

[2] (EN) Gene Dannen, (1998) Leo Szilard the Inventor: A Slideshow (1998, Budapest, conference talk). dannen.com

[Nobel-3] Ernst Ruska, Ernst Ruska Autobiography, su nobelprize.org, Nobel Foundation, 1986. URL consultato il 31 gennaio 2010.

[4] (EN) H Gunther Rudenberg e Paul G Rudenberg, Origin and Background of the Invention of the Electron Microscope: Commentary, in Advances in Imaging and Electron Physics, vol. 160, Elsevier, 2010.

[5] Kruger DH, Schneck P, Gelderblom HR, Helmut Ruska and the visualisation of viruses, in Lancet, vol. 355, n. 9216, maggio 2000, 1713–7, DOI:10.1016/S0140-6736(00)02250-9, PMID 10905259.

[6] (DE) M von Ardenne e D Beischer, Untersuchung von metalloxyd-rauchen mit dem universal-elektronenmikroskop, in Zeitschrift Electrochemie, vol. 46, 1940, 270–277, DOI:10.1002/bbpc.19400460406.

[7] James Hillier, su Inventor of the Week: Archive, 1º maggio 2003. URL consultato il 31 gennaio 2010 (archiviato dall'url originale il 23 agosto 2003).

[8] Albert V Crewe, Wall, J. & Langmore, J., Visibility of a single atom, in Science, vol. 168, 1970, pp. 1338–1340, DOI:10.1126/science.168.3937.1338, PMID 17731040.

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