Principios de análisis instrumental

el cual la información proveniente de barridos sucesivos se pro– media para cada pixel. Se obtiene un registro permanente de la imagen si se guarda el contenido de la memoria de trama como una imagen en mapa de bits. Las imágenes se pueden trabajar de diversas maneras para proporcionar mejoras de contraste, inver– sión, mezcla, sustracción y codificación del color. Microscopía electrónica de barrido ambiental La técnica convencional funciona con un vacío de 10 - 4 Pa o menos. Las muestras deben estar limpias, secas y ser conductoras de electricidad. Las muestras constituidas por componentes volá– tiles tienen que pasar por un tratamiento previo. A mediados de la década de los años ochenta, se desarrolló la llamada microscopía electrónica de barrido ambiental. Esta técnica conserva un alto vacío en el cañón de electrones y en la columna del microscopio, pero permite que la muestra se coloque en una región de presión más alta (1 a 50 torr). El ambiente de la muestra puede variar si se modifica la presión, la temperatura y la composición del gas. En esta técnica hay tres cámaras: el cañón, la columna del microsco– pio y la cámara para la muestra. Las regiones están separadas por pequeñas aberturas, que generalmente corresponden a las abertu– ras del haz de electrones. Cada una de las regiones tiene su propio sistema de bombeo. Tanto los electrones secundarios como los retrodispersa– dos pueden detectarse con microscopía electrónica de barrido ambiental. El detector Everhart Thornley que se muestra en la figura 21.21 no se puede usar debido a que el alto voltaje de pola– rización del centelleador ocasionaría una falla eléctrica a altas presiones. En cambio, es mejor utilizar detectores de electrones secundarios de fase gaseosa, los cuales hacen uso de la amplifica– ción en cascada. Éstos no sólo mejoran la señal de los electrones secundarios, sino que también producen iones positivos, los cua– les son atraídos a la superficie de la muestra aislada e inhiben los artefactos de carga. Se pueden utilizar detectores de centelleo de grandes áreas para detectar electrones retrodispersados como en los sistemas ordinarios de microscopía electrónica de barrido. La microscopía electrónica de barrido ambiental facilita la inspección de muestras en su estado natural sin las amplias modificaciones o preparaciones que requiere la microscopía electrónica de barrido ordinaria. Se pueden examinar muestras húmedas, sucias y no conductoras. Los revestimientos conducto– res que ocultan información valiosa no son necesarios. La cámara ambiental para la muestra se vuelve una herramienta adicional que facilita las interacciones entre la muestra y el ambiente que se desea estudiar mediante microscopía electrónica. 26 La única desventaja de los sistemas de microscopía electrónica de barrido ambiental comparados con los instrumentos de micros– copía electrónica de barrido, es una pequeña pérdida de resolución por las colisiones elásticas entre los electrones y las moléculas del gas a presiones más altas. No obstante, estos choques ayudan a disipar cualquier carga eléctrica que se haya acumulado, lo cual ayuda en el examen de muestras no conductoras. 26 En R. Mukhopadhyay, Anal. Chem., 2004, 76, p. 293A, DOI: 10.1021/ac041589d se encuentra un análisis sobre las cámaras para muestra en la microscopía elec– trónica de barrido para el caso de muestras húmedas. »> 21G Microscopios de sonda de barrido 545 Aplicaciones La microscopía electrónica de barrido proporciona información morfológica y topográfica sobre una gran variedad de superficies de sólidos. Varios ejemplos representativos se pueden ver en la figura 21.22, en la que se ilustra la clase de información que se obtiene mediante esta técnica. 21G MICROSCOPIOS DE SONDA DE BARRIDO Los microscopios de sonda de barrido (SPM, por sus siglas en inglés) son capaces de distinguir detalles relativos a las superficies hasta el nivel atómico. El primer ejemplo de este tipo, el microsco– pio de barrido por efecto túnel fue descrito en 1982. Apenas cua– tro años más tarde, en 1986, sus inventores, G. Binnig y H. Roher recibieron el Premio Nobel de Física por este trabajo. En la actua– lidad, el uso principal de Jos microscopios de sonda de barrido es la determinación de las características topográficas de las superfi– cies de las muestras. A diferencia de los microscopios ópticos y de electrones, los microscopios de sonda de barrido revelan detalles no sólo de los ejes x y y laterales de una muestra, sino también del eje z, que es per– pendicular a la superficie. La resolución característica de los SPM es de aproximadamente 2 nm (20 Á) en las direcciones x y y pero con muestras ideales y con los mejores instrumentos se logran reso– luciones hasta de 0.1 nm (1 Á). En la dimensión z la resolución es generalmente mejor que 0.1 nm. En comparación, la resolución de un microscopio electrónico representativo es de alrededor de S nm. En esta sección se analizan dos tipos de microscopios de sonda de barrido que son los que más se usan y que comercializan varias empresas: el microscopio de efecto túnel (STM) y el micros– copio de fuerza atómica (AFM). Ambos se basan en el escaneo de la superficie de la muestra en un patrón de exploración xy con una punta muy aguda que se desplaza hacia arriba y hacia abajo a lo largo del eje z siguiendo los cambios de las características topográficas de la superficie. Una computadora mide y traduce el movimiento en una imagen de las características de la superficie. A menudo esta imagen muestra detalles a una escala de tamaño atómicoz 7 Un tercer tipo de microscopio de sonda de barrido, el microscopio de barrido electroquímico, se trata en el capítulo 25 en el tema de electroquímica. 21G.1 Microscopio de barrido de efecto túnel El microscopio Binnig-Roher, por el cual los inventores recibieron el Premio Nobel, era de efecto túnel. Este dispositivo fue capaz de distinguir las características a escala atómica de la superficie de un Simulación: Aprenda más acerca de las técnicas de sonda de barrido en www.tinyurl.com/skoogpia7* 'Este material se encuentra disponible en inglés. " Para información adicional y referencias sobre técnicas de sondas de barrido, véase D.G. Yablon, Scanning Probe Microscopy for Industrial Applications, Hoboken, N): Wiley, 2014; Scanning probe Microscopy, N. Tomczak y K. E.) Goh, eds., Singapur: World Scientific Press, 2011; G. ). Leggett, en Surface Analysis-The Principal Techniques, 2a. ed., ). C. Vickerman e l. S. Gilmore, eds., Chichester, UK: Wiley, 2009, cap. 9.