Microscopio elettronico a scansione vs trasmissione: differenza e confronto

I microscopi ottici presentavano diversi inconvenienti, che hanno portato all'invenzione del microscopio elettronico. La diffrazione dei fotoni era la base dei microscopi ottici.

Il concetto del microscopio elettronico è nato quando si è scoperto che è possibile ottenere la diffrazione anche utilizzando gli elettroni.

La lunghezza d'onda degli elettroni è significativamente inferiore a quella dei fotoni perché gli elettroni hanno una massa significativamente maggiore dei protoni.

Di conseguenza, gli elettroni diffrangono meno dei fotoni. Un microscopio elettronico usa questo principio per produrre immagini più nitide che possono essere ingrandite molto di più di un microscopio ottico.

Due tipi di microscopi elettronici sono più comunemente utilizzati: microscopi elettronici a scansione (SEM) e microscopi elettronici a trasmissione (TEM).

Punti chiave

1. I microscopi elettronici a scansione creano immagini scansionando un fascio di elettroni focalizzato sulla superficie del campione, fornendo una topografia superficiale dettagliata.
2. I microscopi elettronici trasmettono elettroni attraverso un campione sottile, generando immagini ad alta risoluzione delle strutture interne.
3. I microscopi elettronici a scansione offrono una maggiore profondità di campo rispetto ai microscopi elettronici a trasmissione, consentendo l'imaging tridimensionale.

Microscopio elettronico a scansione vs microscopio elettronico a trasmissione

La differenza tra microscopio elettronico a scansione e microscopio elettronico a trasmissione è che i microscopi elettronici a scansione producono immagini superficiali riflettendo gli elettroni dalla superficie del campione. Al contrario, i microscopi elettronici a trasmissione producono una foto interna del modello emettendo elettroni che lo attraversano.

Un SEM espelle un fascio di elettroni raffinato e focalizzato verso un campione. Questi elettroni vengono catturati dopo essere stati riflessi dalla superficie del campione.

Un'immagine ingrandita viene creata quando gli elettroni interagiscono con la superficie del campione. Una versione ingrandita della superficie del campione può essere prodotta fino a 2,000,000 di volte.

Un TEM è un microscopio elettronico che emette un ampio fascio di elettroni. Gli elettroni vengono catturati dopo essere passati attraverso questo raggio, penetrando nell'intero campione.

Si ottengono così immagini dell'esemplare, che mostrano la sua dettagliata struttura interna. Questa immagine può essere ingrandita fino a 50,000,000 di volte.

Tavola di comparazione

Parametri di confronto	Microscopio elettronico a scansione	Microscopio elettronico a trasmissione
Definizione	Gli elettroni espulsi dai TEM passano attraverso l'intero campione; cioè, lo penetrano.	Fasci di elettroni raffinati e focalizzati vengono emessi dai SEM.
Immagine prodotta	I SEM producono immagini topografiche o superficiali di campioni.	I TEM forniscono immagini interne dettagliate del campione.
I TEM possono produrre immagini 3D.	I SEM producono immagini topografiche o di superficie dei campioni.	Gli elettroni vengono emessi dai TEM in un ampio raggio.
Risoluzione	Le immagini prodotte hanno una bassa risoluzione.	Le immagini prodotte hanno un'alta risoluzione.
Dimensioni dell'immagine	Solo le immagini 2D possono essere prodotte dai SEM.	Le immagini 3D possono essere prodotte dai TEM.
Velocità	I SEM sono più veloci nell'elaborazione delle immagini.	I TEM elaborano le immagini a una velocità inferiore.
Ingrandimento	I SEM hanno un potere di ingrandimento fino a 2,000,000.	Il potere di ingrandimento dei TEM può raggiungere 50,000,000 di volte.
preparazione del campione	Per l'ingrandimento, i SEM non richiedono molta preparazione del campione.	È necessario preparare il campione per l'ingrandimento in TEM.
Costo	Il costo di gestione dei SEM è basso.	I TEM hanno costi operativi elevati.
Competenze richieste	I SEM sono facili da usare e non richiedono competenze specialistiche per essere eseguiti.	I TEM sono dispositivi complicati che richiedono un certo livello di formazione per funzionare.

Cos'è un microscopio elettronico a scansione?

Un microscopio elettronico a scansione (SEM) impiega elettroni per illuminare un campione e produrre un'immagine ingrandita. Utilizza un cannone elettronico per espellere gli elettroni dal modello.

Un raggio di elettroni viene emesso dalla pistola. SEM emette elettroni in un raggio raffinato e focalizzato.

Rispetto a un microscopio ottico, che può anche ingrandire notevolmente, SEM può creare un'immagine a risoluzione più elevata.

Gli elettroni emessi dai SEM vengono riflessi dalla superficie, quindi non penetrano nel campione. Utilizzando un SEM, i campioni possono essere ripresi topograficamente o in superficie.

I SEM emettono fasci di elettroni raffinati e focalizzati. Le immagini che producono sono di bassa risoluzione.

I SEM possono produrre solo immagini bidimensionali. Questi dispositivi elaborano le immagini più rapidamente.

Il potere di ingrandimento dei SEM può arrivare fino a 2,000,000. I SEM non richiedono molta preparazione del campione prima dell'ingrandimento.

Sono relativamente economici da utilizzare. Il marketing sui motori di ricerca è facile da usare e non richiede competenze specialistiche per funzionare.

Cos'è un microscopio elettronico a trasmissione?

Un altro tipo di microscopio elettronico è il microscopio elettronico a trasmissione.

Il suo potere di risoluzione è molto maggiore di un proiettore di fotoni perché crea immagini proiettando elettroni anziché fotoni.

I TEM emettono fasci di elettroni sotto forma di ampi fasci di elettroni. Gli elettroni espulsi dai TEM passano attraverso l'intero campione, quindi lo penetrano.

Queste immagini danno una visione dettagliata della struttura interna del campione. 

C'è un alto grado di risoluzione nelle immagini prodotte. È possibile creare immagini 3D con TEM.

Il potere di ingrandimento dei TEM raggiunge 50,000,000 di volte. I TEM elaborano le immagini più lentamente.

Nei TEM, il campione deve essere preparato per l'ingrandimento. I costi operativi dei TEM sono elevati.

È richiesta una certa formazione per utilizzare i TEM poiché sono dispositivi complicati.

Principali differenze tra microscopio elettronico a scansione e microscopio elettronico a trasmissione 

1. I SEM emettono fasci di elettroni raffinati e focalizzati riflessi dalla superficie del campione. Al contrario, i TEM emettono elettroni in un ampio raggio che attraversa l'intero campione, penetrandolo.
2. I SEM producono immagini topografiche o di superficie a bassa risoluzione dei campioni, mentre i TEM producono immagini dettagliate e ad alta risoluzione dell'interno del campione.
3. Il SEM elabora le immagini più velocemente e ha un potere di ingrandimento fino a 2,000,000, mentre il TEM elabora le immagini a una velocità inferiore e ha un potere di ingrandimento fino a 50,000,000. 
4. I SEM hanno un costo operativo basso, mentre i TEM hanno un costo operativo elevato.
5. Un SEM è facile da usare e non richiede competenze specifiche per funzionare, mentre un TEM è un dispositivo complesso che richiede una certa formazione per funzionare.

Bibliografia

1. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0508-3443/6/11/304/meta
2. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-1-4757-2519-3_1