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Microscopia elettronica (SEM) e microanalisi (EDS): gli strumenti

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Come funzionano gli strumenti per Microscopia elettronica (SEM) e microanalisi (EDS)

 

 

I componenti principali del SEM sono:

* la fonte di elettroni (filamento di tungsteno), 
* la colonna dove viaggiano gli elettroni emessi, che contiene un numero di lenti per la focalizzazione del fascio
* una camera contenente i campioni da analizzare.

Gli elettroni sono prodotti in cima alla colonna, sono accelerati verso il basso e passano attraverso una combinazione di lenti e aperture che producono un raggio sottile (probe) di elettroni che colpisce la superficie del campione. Nei microscopi elettronici ci sono due lenti elettromagnetiche: il condensatore e l'obiettivo. Il condensatore controlla il numero di elettroni nel fascio (la corrente) per una data dimensione dell'apertura, e la lente obiettivo è responsabile della focalizzare degli elettroni sul campione. 

Il campione è montato su uno stage contenuto nella camera e, sia la colonna che la camera sono sotto vuoto. 

Il fascio elettronico ad alta energia (20 eV) che interagisce con la superficie del campione genera una serie di segnali che sono rilevati dall’apposito detector. In particolare, per ogni punto scandito si producono: 

* elettroni secondari (SE), sono gli elettroni in origine legati ai livelli atomici più esterni, che ricevono dal fascio incidente un’energia addizionale sufficiente ad allontanarli. Hanno un energia compresa tra 0 e 50 eV e sono emessi da spessori superficiali del campione (~10nm). Sono frequentemente utilizzati per lo studio della morfologia superficiale. 

* elettroni retrodiffusi (BSE), rappresentano quella porzione di elettroni del fascio che viene riflessa con energia che va da 50 eV fino a quella di incidenza. Sono portatori di segnali principalmente compositivi e morfologici (topografici) e provengono da profondità massime di alcuni µm. La quantità di BSE dipende oltre che dalla morfologia della superficie anche dal numero atomico medio del materiale presente nel piccolo volume irradiato dal fascio. L’immagine BSE rispecchia la variazione del numero atomico medio all’interno del campione e permette quindi di individuare i minerali che costituiscono le diverse parti del campione. 

* Raggi X, caratteristici degli elementi che compongono il campione in esame, possono essere registrati e discriminati sulla base della lunghezza d’onda (WDS) o dell’energia (EDS). L’intensità di queste radiazioni caratteristiche è proporzionale alla concentrazione dell’elemento nel campione. La microanalisi ai raggi X dà informazioni specifiche circa la composizione degli elementi del campione, in termini di quantità e distribuzione.

Scheda di Lucia Miraglia, dell'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), Sezione di Catania 

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