Manto Vincenzo

Il microscopi è uno strumento che consente di risolvere e ingrandire oggetti di piccole dimensioni per permetterne l'osservazione diretta. Esistono svariati tipi di microscopi.

Risoluzione laterale

La risoluzione laterale di un microscopio è quella minima distanza tra due punti, che permette ancora di distinguerli. Se la distanza tra i due punti è minore, essi si confondono in uno solo. Per un microscopio ottico in luce visibile, la risoluzione laterale raggiunge i 0,2 μm; il microscopio elettronico giunge a 0,1 nm.

Tipologie

• Ottico
• Elettronico
• Effetto Tunnel
• Scansione in campo prossimo
• Forza atomica
• Acustico

I microscopi ottici, che utilizzano le lunghezze d'onda della luce visibile, sono i più semplici e quelli di più comune utilizzo. Sono costituiti da un sistema di lenti adatto a focalizzare la luce nell'occhio o in un altro dispositivo rivelatore. L'ingrandimento tipico dei microscopi ottici, all'interno dello spettro di luce visibile, è fino a 1500x, con un limite di risoluzione teorica di circa 0,2 µm.

Struttura

La parte funzionale, in genere chiamata ottica per gli strumenti basati sull'utilizzo della luce, è formata da tre o quattro sistemi di lenti e dalla sorgente, che, nei sistemi composti a radiazione trasmessa, partendo dalla base del microscopio, sono:

• la sorgente;
• il collettore della sorgente o condensatore di campo, col diaframma di campo;
• il condensatore con il diaframma di apertura;
• l'obiettivo;
• l'oculare.

L'eventuale parte di microscopio, nella quale vanno inseriti gli obiettivi multipli, che possono essere scelti in base all'ingrandimento voluto, si chiama revolver.

Funzionamento

Il funzionamento di un microscopio è dato dal passaggio dei raggi luminosi attraverso un sistema di due o più lenti. Esse appartengono, la superiore, all'oculare, l'inferiore all'obiettivo. Si definisce appunto ingrandimento il rapporto tra le dimensioni dell'oggetto originale e quelle dell'immagine ottenuta.

Il microscopio elettronico permette la visione dei campioni in esame con un fascio di elettroni, di lunghezza d'onda quindi più breve rispetto a quella della luce visibile permettendo di ottenere immagini con una risoluzione molto maggiore.
Devono operare in assenza d'aria (sotto vuoto), in assenza di vibrazioni e di campi magnetici. Esistono due tipologie di microscopio elettronico. Qui sono visibili modelli 3d dei due tipi:

Microscopio elettronico a scansione (SEM)

Il microscopio elettronico a scansione ricava l'immagine illuminando con un fascio di elettroni un oggetto e rilevando gli elettroni secondari riflessi attraverso dei sensori posti nelle vicinanze del campione, e può quindi fornire immagini 3D. Può analizzare solo oggetti conduttori o semi-conduttori. Gli oggetti organici devono quindi essere prima rivestiti con una sottile lamina metallica.
Esempi campione

Microscopio elettronico a trasmissione (TEM)

Il tunnelling quantistico (o effetto tunnel) venne postulato per la prima volta nel 1928. Viene impiegato per mappare a livello tridimensinale una superficie in scala atomica.

Le basi del microscopio effetto tunnel

Deve il suo potenziale ingrandimento ad un sistema definibile come "antifisico". Difatti un corpo può oltrepassare un qualsiasi ostacolo fisico soltanto se possiede un energia per compiere quel lavoro. Basti pensare alla meccanica delle montagne russe e dell'importanza che ha l'energia nel compito di portare il carrello fino ad un'altezza data nel percorso dell'ottovolante. Entrando però nel mondo quantistico, la meccanica non rappresenta più un limite. Infatti, una particella è associata ad una funzione d’onda che prevede una probabilità, piccola ma concreta, di attraversare una barriera di potenziale più elevata dell’energia posseduta dalla particella stessa. Ciò significa che per tempi estremamente brevi (Δ t), dell’ordine di diversi miliardesimi di secondo, gli elettroni possono avere un’energia sufficiente (Δ E) per oltrepassare la barriera di potenziale, altrimenti insuperabile.

Funzionamento

Il funzionamento di un STM è relativamente semplice: variando la distanza tra una punta metallica e la superficie del campione è possibile visualizzare la morfologia delle strutture superficiali e misurare localmente la densità degli stati (spettroscopia locale). Tuttavia, come conseguenza dell’effetto tunnel, gli atomi possono essere visualizzati soltanto come oggetti dalla superficie increspata e non come sfere rigide. Infatti, l’effetto tunnel prevede che avvicinando due atomi tra loro, un elettrone possa saltare da una parte all’altra, poiché i due atomi pur non toccandosi direttamente tra loro vengono ad essere leggermente a contatto in corrispondenza della regione increspata costituita dalla nube elettronica. Con un STM si possono raggiungere delle precisioni molto elevate ed ottenere degli ingrandimenti fino a 100 milioni di volte di atomi di superficie.

Nel 1928 E. H. Synge, in una discussione con Albert Einstein, propose lo schema di un nuovo microscopio, il microscopio ottico a scansione in campo prossimo, SNOM (Scanning Near-Field Optical Microscope), che superava il limite di diffrazione collocato: il campione doveva essere illuminato attraverso una piccolissima apertura avente dimensioni molto minori della lunghezza d’onda della luce impiegata.L’illuminazione del campione veniva fatta focalizzando la luce di un laser su un cristallo di quarzo appuntito che guidava la luce nella parte terminale ricoperta da un film di alluminio che presentava un’apertura di qualche decina di nm dalla quale fuoriusciva la luce.

Il microscopio a forza atomica permette di effettuare analisi non distruttive di superfici, con una risoluzione inferiore al nanometro. Una sonda di dimensioni dell'ordine del micrometro, detto cantilever, esplora la superficie da analizzare a brevissima distanza da essa. Interagendo con gli atomi del campione, per effetto di alcune forze quantistiche, subisce microscopiche deflessioni che, attraverso sensibilissimi dispositivi, vengono tradotte nei dettagli di un'immagine topografica tridimensionale della superficie del campione

Si tratta d'uno strumento che impiega frequenze ultrasoniche.Fino al 1959, quando Dunn Fry effettuò i primo prototipi, non fu possibile costruirne alcuno. Strumenti di reale utilità applicativa arrivarono solo negli anni settanta.I campi d'applicazione spaziano dagli utilizzi tecnologici nei controlli di qualità di elementi meccanici ed elettronici, fino ad indagini di biologia cellulare, investigando comportamento meccanico e caratteristiche di strutture quali il citoscheletro.Il microscopio acustioco acustica funziona dirigendo del suono focalizzato da un trasduttore ad ultrasuoni su un piccolo punto di un oggetto. Il suono colpendo l'oggetto viene disperso, assorbito, riflesso o trasmesso. Tipicamente, il suono riflesso o trasmesso viene raccolto e misurato.

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