Principios de funcionamiento
Aunque en principio hay similitudes entre la disposición de los microscopios ópticos y electrónicos, en la práctica ambos son muy diferentes. El microscopio electrónico convencional requiere que el haz de electrones esté en el vacío, ya que los electrones no pueden recorrer normalmente una distancia apreciable en el aire a presión atmosférica. La columna del microscopio electrónico se evacua mediante bombas, y las muestras y cualquier otro aparato necesario se introducen en el vacío mediante esclusas de aire. A diferencia del microscopio óptico, en el que las lentes son de enfoque fijo y la distancia entre la muestra y la lente del objetivo varía, el microscopio electrónico tiene lentes de enfoque variable, y la distancia entre la muestra y la lente del objetivo y la separación de las lentes permanecen constantes. El aumento se determina principalmente por el valor de la corriente (para las lentes magnéticas) a través de las bobinas de las lentes intermedias y del proyector. La imagen se enfoca cambiando la corriente a través de la bobina de la lente objetivo. Otra diferencia es que el microscopio óptico suele funcionar de forma que la imagen es virtual, mientras que en el microscopio electrónico la imagen final es invariablemente real y se visualiza en una pantalla fluorescente o se graba para su estudio en una placa fotográfica en los instrumentos tradicionales o -más habitualmente en el laboratorio actual- en un sistema de imagen digital.
En el microscopio óptico la imagen se forma por absorción de la luz en la muestra; en el microscopio electrónico la imagen resulta de una dispersión de electrones por los átomos de la muestra. Un átomo pesado es más eficaz en la dispersión que uno de bajo número atómico, y la presencia de átomos pesados aumentará el contraste de la imagen. El microscopista electrónico puede incorporar más átomos pesados en la muestra con este fin.
Los primeros microscopios se basaban en lentes electrostáticas, pero los instrumentos modernos utilizan lentes electromagnéticas. Éstas consisten en un solenoide de alambre junto con una pieza polar magnética que crea y concentra un campo magnético. Las lentes utilizadas para el sistema de condensadores y proyectores del microscopio difieren de las lentes objetivas sólo en detalles. Por ejemplo, las tolerancias de fabricación y rendimiento de una lente de condensador o proyector son menos exigentes que las de una lente objetiva.
Los esfuerzos por mejorar la resolución del microscopio electrónico han tendido a la producción de una lente de condensador-objetivo de campo único de bajas aberraciones. En una lente de este tipo, la parte superior actúa como condensador y la inferior como objetivo; la muestra se inserta en el centro de la lente, donde el campo magnético axial (el campo a lo largo del eje del instrumento) es máximo.
Todas las lentes electrónicas presentan aberración esférica, distorsión, coma, astigmatismo, curvatura de campo y aberración cromática debido a variaciones en las longitudes de onda dentro del haz de electrones. Estos cambios en la velocidad de los electrones pueden deberse a variaciones en el suministro de alta tensión al cañón de electrones o a pérdidas de energía por colisiones de los electrones con los átomos de la muestra. El primer efecto puede minimizarse mediante una cuidadosa estabilización del suministro de alta tensión; y para las muestras muy delgadas y las altas energías de los electrones que se utilizan habitualmente, el segundo efecto puede despreciarse. El poder de resolución del microscopio está limitado en última instancia por la aberración esférica de la lente del objetivo. No es posible corregir esta aberración añadiendo una segunda lente de características opuestas, como puede hacerse en el microscopio óptico, porque las lentes de electrones magnéticos son siempre convergentes. El diseño de lentes asistido por ordenador ha permitido mejorar mucho el rendimiento, pero las lentes electrónicas siguen necesitando aperturas numéricas mucho más pequeñas que las ópticas para funcionar de forma óptima.
El astigmatismo en el microscopio electrónico se debe en gran medida a las desviaciones de la simetría cilíndrica en los componentes radiales del campo magnético de la lente y es el resultado de una construcción imperfecta de la misma. La interacción del haz de electrones con las moléculas de gas residuales en la columna también puede dar lugar a depósitos a lo largo de la trayectoria del haz que se cargan bajo la influencia del mismo e introducen asimetrías. El astigmatismo suele corregirse por completo mediante el uso de los estigmas instalados en la lente del objetivo.
Savile BradburyDavid C. JoyBrian J. Ford