Ultramicroscopio de Zsigmondy

Un ultramicroscopio es un microscopio con un sistema que ilumina el objeto de manera que permite la visualización de partículas diminutas mediante la dispersión de la luz, y no la reflexión o absorción de la luz. Cuando el diámetro de una partícula está por debajo o cerca de la longitud de onda de la luz visible (alrededor de 500 nanómetros), la partícula no puede ser vista en un microscopio de luz con los métodos habituales de iluminación.

Infografia ultramicroscopio
Infografia ultramicroscopio

Fundamento del ultramicroscopio

Un ultramicroscopio es un tipo especial de microscopio de campo oscuro para observar objetos muy pequeños que no serían visibles con un microscopio de luz de imagen solamente. Entre ellas se encuentran las partículas coloidales, las gotas de niebla o las partículas de humo.

El término “ultramicroscopía” apareció alrededor de 1900. Se refería al examen microscópico de los llamados “ultramicrones” – partículas que son más pequeñas que el límite de resolución de la microscopía de luz.

En la microscopía se distingue entre resolución y detectabilidad. La resolución significa que se puede ver si hay una o dos estructuras separadas. En la microscopía óptica clásica, el límite de resolución es de aproximadamente 0,2 micrómetros. Se pueden detectar objetos mucho más pequeños si generan señales brillantes sobre un fondo oscuro. Este puede ser el caso de la microscopía de campo oscuro o de la microscopía de fluorescencia. Sin embargo, no se puede resolver si la señal proviene de uno o de varios objetos adyacentes.

La iluminación de las partículas coloidales del lado dispersa la luz, haciéndolas visibles, fundamento del ultramicroscopio
La iluminación de las partículas coloidales del lado dispersa la luz, haciéndolas visibles, fundamento del ultramicroscopio

ultramicroscopio de rendija

Una variante es el ultramicroscopio de rendija, que Henry Siedentopf y Richard Adolf Zsigmondy desarrollaron a principios del siglo XX. Bajo iluminación con luz solar brillante, los dos científicos fueron capaces de detectar partículas de menos de 4 nanómetros empleando vidrios de rubí en 1902. El ultramicroscopio de Zsigmondy fue posteriormente modificado en un ultramicroscopio de inmersión en 1912, permitiendo la observación de nanopartículas en solución (acuosa).

Richard Adolf Zsigmondy, uno de los padres del ultramicroscopio
Richard Adolf Zsigmondy, uno de los padres del ultramicroscopio

Estructura del ultramicroscopio de rendija

Los objetos de observación están suspendidos en un gas o un líquido. Se observan con un microscopio de luz de imagen en un entorno absorbente lo más oscuro posible y se iluminan con un haz de luz convergente perpendicular al eje de observación.

La dispersión del rayo de luz en los objetos de observación suspendidos corresponde al efecto Tyndall, por lo que el rayo de luz se denomina también cono de Tyndall. Este rayo de luz se enfoca en el campo de visión del microscopio y produce una dispersión de la luz en cada partícula individual observada en el volumen de observación, que luego se observa.

Richard Adolf Zsigmondy y su ultramicroscopio
Richard Adolf Zsigmondy y su ultramicroscopio

Dado que los objetos observados son más pequeños que el límite de resolución del microscopio de imágenes, generan anillos de difracción que aparecen en el microscopio de imágenes como puntos brillantes contra el fondo oscuro.

Usos del ultramicroscopio

Los ultramicroscopios se utilizaron para estudiar el movimiento molecular Browniano, en el experimento de Millikan para determinar la carga elemental y para observar los rastros de partículas en las cámaras de nubes y en el estudio de la ultraestructura biológica.

Ultramicroscopio de inicios del siglo XX
Ultramicroscopio de inicios del siglo XX

Desarrollos posteriores

El arreglo de la geometría de iluminación del ultramicroscopio de hendidura se retomó en la microscopía de fluorescencia en los años 90 y 2000 y se utiliza hoy en día en la microscopía de disco de luz.

Zsigmondy fue galardonado con el Premio Nobel de Química en 1925 por sus investigaciones sobre coloides utilizando la ultramicroscopia.

Ultramicroscopio comercial, 1929
Ultramicroscopio comercial, 1929

En el siglo XXI, el término ultramicroscopio se utiliza a veces para los microscopios de disco de luz, una variante de un microscopio de fluorescencia en el que, de forma similar a un ultramicroscopio de rendija, sólo se ilumina un plano del espécimen.

El ultramicroscopio se ha transformado en el analizador dinámico de dispersión de luz que los nanoquímicos de hoy usan para contar y medir el tamaño de las partículas, mientras que los físicos encuentran maneras cada vez más ingeniosas de hacer imagenología molecular con luz visible.

Para más información Classic Kit: Zsigmondy’s ultramicroscope