REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR M.P.POPULAR PARA RELACIONES INTERIORES Y JUSTICIA EL ESTUDIO DEL MICROSCOPIO ELECTRONICO DE BARRIDO Y SUS APORTES EN LA INVESTIGCION CRIMINAL PORLAMAR, ABRIL DE 2012 REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION SUPERIOR INSTITUTO UNIVERSITARIO DE POLICIA CIENTIFICA EXTENSION NUEVA ESPARTA ESTUDIO DEL MICROSCOPIO ELECTRONICO DE BARRIDO PARTICIPANTES: AÑEZ CHARLES V-13.487580 MONTAÑEZ KARINA V-14.180.674 FACILITADOR COM. GRAL LISANDRO ZAPATA PORLAMAR, ABRIL DE 2012 INTRODUCCION El microscopio electrónico de barrido (SEM) es un instrumento que permite la Observación y caracterización superficial de materiales inorgánicos y orgánicos, entregando información morfológica del material analizado. A partir de él se producen distintos tipos de señal que se generan desde la muestra y se utilizan para examinar muchas de sus características. El microscopio electrónico de barrido puede estar equipado con diversos detectores, entre los que se pueden mencionar: un detector de electrones secundarios para obtener imágenes de alta resolución SEI (Secundary Electron Image), un detector de electrones retro dispersados que permite la obtención de imágenes de composición y topografía de la superficie BEI (Backscattered Electron Image), y un detector de energía dispersiva EDS ( Energy Dispersive Spectrometer) permite colectar los Rayos X generados por la muestra y realizar diversos análisis e imágenes de distribución de elementos en superficies pulidas. Pretende dar a conocer el concepto, antecedentes, uso y utilización; del Microscopio de Barrido Electrónico en la Investigación Criminal, ofrecer a los participantes las herramientas básicas para determinar la importancia de este instrumento dentro de la investigación criminal y tenga una idea clara de su aplicación en esta área. La relación entre la estructura y las propiedades físicas y químicas de un material es un área básica en el desarrollo y estudio de los mismos. La caracterización de un material involucra el uso de una serie de técnicas que se complementan entre sí; siendo la Microscopía Electrónica y el microanálisis fundamentales en análisis de materiales, excelente herramientas para el control de calidad a nivel de producción e industrial. OBJETIVO GENERAL Describir el estudio del Microscopia Electrónica de Barrido, y su aporte dentro de la investigación criminal y en el esclarecimiento de un hecho punible. OBJETIVOS ESPECIFICO Conocer el uso de la Microscopia Electrónica de Barrido, en el campo de la investigación criminal basándose en los resultados de peritajes efectuados. Determinar el funcionamiento la Microscopia Electrónica de Barrido, en el campo de la investigación criminal. Aplicar los conocimientos de la Microscopia Electrónica de Barrido, en el investigación criminal Características de la Investigación Se caracteriza por ser una investigación documental, basándose en resultados y de experiencia de los peritos dentro del campo policial, donde este equipo es utilizado a fin de determinar origen, tipo y clase de las muestras colectadas en los sitios de sucesos y que son sometidas a análisis y estudios científicos, destacándose aquí la cualidad y la calidad de los resultados obtenidos. Recoge además conocimientos técnicos científicos sistematizados en la implementación de la tecnología de punta aplicable en la investigación criminal, cabe destacar, que este trabajo de tipo documental, exige que para conocer más del equipo sometido a exploración por parte de los participantes y de aquellos que en el algún momento posean información debe también conocer y aplicar los conocimientos en la práctica y no ser solamente teórico. Importancia de la Investigación Como desarrolladores y facilitadores de este tema, podemos decir que, es de gran importancia poseer conocimientos técnicos científicos cada uno de los equipos que nos ayudan a conocer y a determinar a través de los indicios y evidencias colectadas en sitios de sucesos nos indica con certeza según sea el resultado de quien o quienes fueron los partícipes o autores de la perpetración de un hecho delictivo objeto de una investigación criminal. En nuestra institución policial, en gran mayoría se han implementado grandes y nuevos equipos con tecnología de punta, lo que es un paso al avance de la Dirección de Criminalística, que día a día se observa como la innovación e implementación de estos equipos están al servicio de la investigación criminal y con ellos el aporte al esclarecimiento de un hecho punible. JUSTIFICACION DE LA INVESTIGACION Mediante esta investigación se, pretende obtener conocimientos teóricos prácticos a fin de que sean ejecutados en determinados momentos por los participantes. El desarrollo teórico se basa en el conocimiento general de su creación, cual es su uso, aplicación y funcionamiento, así como también como es su uso y aplicación dentro de la investigación criminal, debido a que los peritajes y resultados obtenidos son utilizados por la certeza de su ejecución al momento de examinar cada uno de las evidencias sometidas a estudio, con la intención de conocer su origen naturaleza, composición química y física. 1.- Historia de la Microscopia Desde la antigüedad el hombre ha buscado la forma de poder aumentar su poder de resolución y de hacer visible lo invisible. Con este propósito se descubren las lentes y con la combinación de ellas se obtienen imágenes de mayor resolución. Nace el microscopio de luz y se comienza a incursionar en el mundo microscópico de la naturaleza. El Holandés Van Leeuwenhoeck, entre los años 1660-1690, usando un sistema de lentes consiguió fabricar microscopios de 200 aumentos aproximadamente, con los que se observo glóbulos rojos, protozoos, bacterias y otros microorganismos. En la misma época el ingles Robert Hooke desarrollo el microscopio compuesto de Galileo, con el descubrió la célula. Con el paso de los años el progreso no solo se realizo en el desarrollo de los microscopios sino también en el refinamiento de las técnicas de preparación de muestras lo que permitió un análisis cada vez más fino de las distintas estructuras observadas. En 1873 Ersnt Abbe, físico y profesor de Jena, imprimo un gran impulso a la óptica teórica y práctica al concluir que el aumento de un microscopio depende más de la longitud de onda de la luz que de la calidad del sistema óptico. Gracias a los trabajos de Luis de Bröglie en 1924 sobre mecánica ondulatoria y la generación de longitudes de onda 10000 veces más pequeñas que la longitud de onda de la luz visible, permitió el surgimiento del germen de un nuevo tipo de microscopio, el microscopio electrónico. De Bröglie demostró que asociado a cualquier movimiento rápido de partículas, existe una nueva forma de radiación, de pequeña longitud de onda. De Bröglie extendió la idea de una naturaleza ondulatoria-corpuscular (cuántica) de la luz, a otros tipos de radiaciones, como los rayos catódicos, anódicos, iónicos, X, etc. En otras palabras comprobó que los electrones respondían también a las características de las radiaciones ondulatorias. La idea de utilizar estos descubrimientos en un microscopio de alta resolución no surgió de inmediato. No está claro quién fue el de la idea original, sin embargo alrededor de 1930 un grupo de alemanes del instituto técnico de Berlín (Ruska, Knoll, Von Borries y otros) construyo el primer microscopio electrónico, y la primera patente surge en 1931, firmada por Rüedenberg de la Siemens. En 1932, Knoll y Ruska publican una descripción del primer microscopio electrónico de transmisión (MET), el que puede ser considerado el prototipo de los instrumentos modernos, este microscopio constaba de una fuente de electrones y dos lentes electromagnéticas sin condensador, aunque este instrumento proporcionaba una resolución inferior a la de un buen microscopio óptico con él se logro obtener las primeras electro micrografías. En 1934 Ruska describe una versión corregida a la que añade una lente condensadora, este modelo fue el primero en sobrepasar el poder de resolución del microscopio fotonico. Aunque con este microscopio se obtuvieron algunas imágenes algunos especímenes se carbonizaban producto del intenso bombardeo electrónico. A pesar de lo anterior Ruska logro en 1934 una resolución cinco veces mayor al poder de resolución del microscopio óptico. Lo anterior dio pie para que nuevos investigadores buscaran mejorías al microscopio de Ruska, lo que llevo a la obtención de mejores resoluciones. En 1938, Von Borries y Ruska construyeron un aparato de diseño avanzado, con el que se obtienen resoluciones de hasta 100 Amstrong. En 1939 la firma Siemens-Halske inicia la producción comercial del instrumento diseñado por Von Borries y Ruska. En 1939 Mahl construye el primer microscopio electrónico electroestático y la firma AEG se encarga de la producción de un número limitado de ellos. Con el comienzo de la segunda guerra mundial se interrumpió la comercialización de estos instrumentos, pero luego de su fin se reinicio la construcción masiva de estos microscopios en las firmas Siemens y AEG-Zeiss de Alemania, RCA de Estados Unidos, Phillips de Holanda, Hitachi de Japón, etc. En 1955 se llega a resoluciones de 10 Armstrong, aumentos de 250000 x y voltajes aceleradores de 10000 voltios. Todo esto da comienzo a la era de la Microscopia Electrónica. El microscopio electrónico proporciona información directa de las estructuras que oscilan entre 0,2 y 200 nm, lo que aumenta extraordinariamente las posibilidades de investigación en las distintas ramas de la ciencia. 2.- Microscopio Electrónico de Barrido ( MEB). La emisión secundaria se utiliza en la construcción de la imagen en el MEB, el cual a diferencia de los MET, posee un haz móvil de electrones que “barre” o recorre el espécimen en áreas seleccionadas. La microscopia electrónica de barrido, en sus diversas modalidades, surge en forma experimental entre los años 1930 y 1940, en Alemania. En 1935, Knoll propone un instrumento bastante similar a los actuales, destinado a estudiar fenómenos de emisión secundaria. En 1938, Von Ardenne diseña un nuevo tipo de microscopio, con el objeto de estudiar muestras relativamente gruesas. Este instrumento operaba con lentes electrostáticas y barrido electromagnético, pero carecía de dispositivos de amplificación y pantalla de observación. El haz de electrones atravesaba la muestra e incidía directamente sobre una placa fotográfica que se desplazaba en sincronía con el haz, pero a mayor velocidad. Las imágenes en este instrumento sólo podían observarse una vez obtenida las placas fotográficas. Von Ardenne sugirió también la posibilidad de conservar la superficie de cuerpos opacos, recogiendo y amplificando los electrones secundarios emitidos por ellas, para modular la intensidad del haz de un tubo de rayos catódicos. En 1942, Zworokin, Hillier y Zinder diseñaron un microscopio con el cual se observaban directamente superficies de muestras metálicas, y publicaron las primeras micrografías electrónicas de barrido. Estos estudios se descontinuaron durante la Segunda Guerra Mundial, pero resurgieron en 1948 en un programa bajo la dirección de C.W. Oatley en el Laboratorio de Ingeniería de la Universidad de Cambridge, donde se iniciaron una serie de proyectos que permitieron grandes avances. En 1952 McMullan diseña un microscopio con importantes adelantos. Utiliza una tensión de aceleración mayor, se reducen los efectos de contaminación y se introduce un nuevo tubo fotomultiplicador que mejora considerablemente la calidad de la imagen. La observación de la imagen se efectuaba en un tubo de rayos catódicos de larga persistencia. Este microscopio es modificado luego por Smith, quien en 1959 consigue micrografías de muy buena calidad. Como resultado de estas investigaciones, entre los años 1963 y 1965, surgen los primeros microscopios electrónicos de barrido comerciales, que alcanzaban unos 250 Å de resolución. Actualmente se desarrollan a escala comercial microscopios que garantizan una resolución de 35100 Å 3,5-10 nm). Los primeros instrumentos desarrollados para este propósito, fueron microscopios ópticos, porque con el ojo humano es imposible visualizar. Estos instrumentos fueron desde una simple lupa, hasta un microscopio compuesto. Sin embargo, aún en el mejor instrumento óptico, la resolución está limitada a la longitud de onda de la luz que se utilice, que en este caso es la luz violeta, cuya longitud de onda es de aproximadamente 400 nanómetros; por lo tanto, los detalles más pequeños que pueden resolverse, deberán estar separados no menos de esta longitud. En términos de amplificación, esto quiere decir que no podemos amplificar más de 1,000 veces. Una salida inmediata a esta limitante de resolución, es utilizar alguna radiación de longitud de onda más corta que la de la luz violeta. Los candidatos inmediatos son los rayos X, que se caracterizan por una longitud de onda del orden de 0.15 nanómetros; desafortunadamente éstos tienen la gran desventaja de ser absorbidos rápidamente por lentes de vidrio y de no poder ser desviados por lentes magnéticas (Además de las precauciones que debería tener el operador). Otra posibilidad es aprovechar el comportamiento ondulatorio de los electrones acelerados por alguna diferencia de potencial. Sea el caso, por ejemplo, de electrones acelerados en un campo de 100,000 voltios que presentan comportamiento ondulatorio con una longitud de onda de 0.0037 nm (3.7 picómetros), lo que en principio permitiría tener un aparato que resolviera detalles del mismo orden, lo cual es más de lo que se necesita para resolver detalles atómicos, puesto que los átomos en un sólido están separados en un orden de 0.2 nm. Sin embargo, en la práctica, detalles inherentes a la técnica de observación, o defectos en el maquinado de las piezas polares producen aberraciones. 3.-Funcionamiento En el microscopio electrónico de barrido es necesario acelerar los electrones en un campo eléctrico, para aprovechar de esta manera su comportamiento ondulatorio, lo cual se lleva a cabo en la columna del microscopio, donde se aceleran por una diferencia de potencial de 1,000 a 30,000 voltios. Los electrones acelerados por un voltaje pequeño son utilizados para muestras muy sensibles, como podrían ser las muestras biológicas sin preparación adicional, o muestras muy aislantes. Los altos voltajes se utilizan para muestras metálicas, ya que éstas en general no sufren daños como las biológicas, y de esta manera se aprovecha la menor longitud de onda para tener una mejor resolución. Los electrones acelerados salen del cañón, y son enfocados por las lentes condensadora y objetiva, cuya función es reducir la imagen del filamento, de manera que incida en la muestra un haz de electrones lo más pequeño posible (para así tener una mejor resolución). Con las bobinas deflectoras se barre este fino haz de electrones sobre la muestra, punto por punto y línea por línea. Cuando el haz incide sobre la muestra, se producen muchas interacciones entre los electrones del mismo haz, y los átomos de la muestra; puede haber por ejemplo, electrones rebotados como las bolas de billar. Por otra parte, la energía que pierden los electrones al "Chocar" contra la muestra puede hacer que otros electrones salgan despedidos (electrones secundarios), y producir rayos X, electrones Auger, etc. El más común de éstos es el que detecta electrones secundarios, y es con el que se hacen la mayoría de las imágenes de microscopios de barrido. Podemos también adquirir la señal de Rayos X que se produce cuando se desprenden estos mismos de la muestra, y posteriormente hacer un análisis espectrográfico de la composición de la muestra. 4.- Descripción del Microscopio Electrónico de Barrido ( MEB ). Un MEB moderno consta esencialmente de las siguientes partes: Una unidad óptica-electrónica, que genera el haz que se desplaza sobre la muestra. Un porta muestra, con distintos grados de movimientos. Una unidad de detección de las señales que se originan en la muestra, seguida de un sistema de amplificación adecuado. Un sistema de visualización de las imágenes (tubo de rayos catódicos ). Un sistema de vacío, un sistema de refrigeración y un sistema de suministro eléctrico, relativamente similares a los del MET. Un sistema de registro fotográfico, magnético o de video. Un sistema de procesamiento de la imagen con ayuda computacional (optativo). 5.-Evolución del microscopio electrónico de barrido Todos los microscopios electrónicos cuentan con varios elementos básicos. Disponen de un cañón de electrones que emite los electrones que chocan contra el espécimen, creando una imagen aumentada. Se utilizan lentes magnéticas para crear campos que dirigen y enfocan el haz de electrones. El sistema de vacío es una parte relevante del microscopio electrónico. Los electrones pueden ser desviados por las moléculas del aire, de forma que tiene que hacerse un vacío casi total en el interior de un microscopio de estas características. Por último, todos los microscopios electrónicos cuentan con un sistema que registra o muestra la imagen que producen los electrones. Cuando un haz de electrones interactúa con un espécimen determinado, este puede transmitir los electrones que inciden en el, reflejarlos, absorberlos, emitir electrones secundarios, producir calor, fotones, rayos X, o bien emitir electrones cargados positivamente. Los electrones que atraviesan la muestra sin ser afectados se denominan electrones primarios. Gran parte de ellos modifican su trayectoria sin cambiar su energía, (dispersión elástica) y otros electrones sufren cambios en ella. (dispersión inelástica) La interacción entre electrones puede producir diferentes fenómenos: Desprendimiento de electrones del átomo que son emitidos como electrones libre y debido a su baja energía, solo aquellos cercanos a la superficie pueden ser acelerados y ser captados por un detector. En lugar de desprenderse de la muestra los electrones excitados saltan a un nivel energético superior y volver a su estado de energía estable, emitiendo la diferencia de energía en forma de rayos X, luz visible o electrones Auger. Una porción de electrones puede ser reflejada en ángulos próximos a los 180º. Estos electrones que han perdido parte de su energía se denominan retro difundidos. 6.- Aplicaciones Actuales Junto con el desarrollo de la microscopia electrónica, el campo de aplicación de la misma se ha ido extendiendo, a continuación se detallan algunas aplicaciones del microscopio electrónico de barrido. Ciencia e Ingeniería de Materiales: -Caracterización morfológica y analítica de materiales -Estudio de superficies -Procesos de difusión -Segregación -Análisis de fallos -Control de calidad -Irregularidades de piezas fabricadas en cadena Geología: -Textura de rocas y minerales -Identificación de minerales y sustancias sintéticas Metalurgia: -Observación de composición de materiales -Fenómenos de difusión -Composición de aleaciones -Crecimiento de granos -Estudios de corrosión de metales y aleaciones Biología: -Observación de los distintos organeros intracelulares -Diferenciación de células -Estructura y ultra estructura de tejidos y órganos animales y vegetales -Inmunocitolocalización de macromoléculas -Patologías animales y vegetales -Estudios forenses (búsqueda de partículas, tejidos, hilos, semen…) Otros: -Biodeterioro de obras de arte 7.- Aplicación en el Cuerpo de Investigaciones Científicas Penales y Criminalísticas Antiguamente el detective de la PTJ (antiguo nombre del CICPC), cuando tenía un sospechoso de haber disparado un Arma de fuego aplicaban una técnica llamada “guantelete de parafina” que apareció en 1914 para recuperar de la piel los nitratos de la pólvora originados en el disparo de un arma de fuego. Era muy común visitar la sala técnica de la antigua PTJ y observar a los funcionarios derritiendo parafina, para luego colocarla a los sospechosos sobre la mano y la cara lateral de los dedos, luego colocaría gasa para reforzar la consistencia, al final se tenía un guantelete. Este procedimiento tenía un problema que reaccionaba con cualquier sustancia nitrogenada, en muchas oportunidades personas que manipulaban fertilizantes daban positivos al guantelete de parafina, por lo tanto solo servía de orientación a la investigación, sin contar que muchas veces ocasionaban quemaduras a las manos de la persona a quien se le aplicaba. Con el avance de la ciencia, apareció el microscopio electrónico de barrido, donde se pueden observar forma Tamaño y brillo de residuos, esto resultó en que ya no vamos a buscar solamente el nitrógeno de la pólvora, sino los componentes químicos del fulminante. En la mayoría de las municiones que son fabricadas en el hemisferio occidental, tienen un patrón común en la elaboración de los fulminantes, siempre vamos a tener una composición química estándar presente: Si una persona efectúa un disparo el fulminante desprende una llamarada para que la pólvora se queme y produzca los gases que necesita el proyectil para ser expulsado por el cañón, los componentes del fulminante se van a dispersar en forma de nube y se van a incrustar en las manos de la persona que manipuló el arma. Una vez teniendo al sospechoso se le aplica sobre la superficie de la mano y palmas unos pines especiales a los cuales se adhieren las partículas o trazas componentes del fulminante, estas muestras son enviadas al laboratorio Microscopia Electrónica del Cuerpo de Investigaciones de Científicas Penales y Criminalísticas y luego de un análisis microscópico, si se encuentran presentes los elementos químicos: Plomo (Pb) Bario (Ba) y Antimonio (SB), se puede decir con certeza que esa persona disparó. Esta técnica es precisa y no causa ningún trauma o lesión a las personas a quién se le toma la muestra, en muchas partes de Venezuela, aun no se cuenta con Un Microscopio Electrónico de Barrido o de un microscopio Electrónico de presión Variable, equipado con un espectrómetro de energía dispersiva por Rayos X; necesario para realizar esta experticia, por lo cual dependemos de la capital y su congestionado laboratorio para realizar esta prueba, que bueno sería contar con un laboratorio en nuestra región dotado con todos estos instrumentos de última generación en la lucha científica contra el crimen y tener a la mano en tiempo real todos los elementos criminalísticas que culpe o exculpen a una persona 8.- Aportes Con la utilización de este instrumento, es posible efectuar análisis forenses a un gran espectro de muestras y obtener resultados categóricos de distintas evidencias sin alterar su naturaleza, lo que permite que tanto la parte demandante como la demandada puedan efectuar los mismos peritajes a las mismas muestras. En términos prácticos el MEB permite mostrar estructuras mucho más pequeñas, debido a que utiliza electrones para iluminar el objeto. De esta forma, este microscopio es muy útil porque produce imágenes tridimensionales realistas de la superficie del objeto. “El microscopio facilitará nuestra labor en aquellas pericias de mayor complejidad, puesto que la ampliación de las muestras y su estudio estructural se ve favorecido por el alcance que tiene este equipo. Además, el hecho de conservar las evidencias intactas, sin alterar su estructura o morfología, permite que la contraparte también pueda efectuar los mismos análisis en las piezas expertizadas” Nuestro aporte es la solicitud de estudio de la descentralización por completo la Coordinación de Criminalística, con respecto a todas aquellas áreas que hoy en día aun se encuentran en la sede central de nuestro CICPC, lo que concedería un laboratorio completo en su totalidad en cada una de las oficinas Estadales, permitiendo poseer resultados que coadyuven al esclarecimiento oportuno de los delitos cometidos y que cuyas evidencias sometidas a estudios no sean enviadas a la sede central sino en cada sede estadal y en gran parte poseer un microscopio electrónico de barrido a parte de la inversión monetaria seria un recorte del tiempo que dura el envió y recepción de evidencia debidamente sometida a estudio. Glosario de Términos: Análisis: Distinción de las partes de un todo para conocer sus principios constitutivos. Antimonio: Es un sólido cristalino, fundible, quebradizo, blanco plateado que presenta una conductividad eléctrica y térmica baja y se evapora a bajas temperaturas, componente del fulminante. Bario: Es un elemento metálico que es químicamente similar al calcio, pero más reactivo, componente del fulminante. Barrido: Es el nombre dado a una de las técnicas fotográficas utilizadas para reflejar el movimiento en una imagen. Recibe el nombre de la sensación que produce y del movimiento realizado con la cámara. En los barridos el elemento en movimiento aparece nítido (o ligeramente borroso) y lo difuminado o movido son los elementos estáticos. Electrónica: es la rama de la física y especialización de la ingeniería, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo microscópico de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente. Microscopia: el conjunto de técnicas y métodos destinados a hacer visible los objetos de estudio que por su pequeñez están fuera del rango de resolución del ojo normal. Nanómetros: es la unidad de longitud que equivale a una milmillonésima parte de un metro. Comúnmente se utiliza para medir la longitud de onda de la radiación ultravioleta, radiación infrarroja y la luz. Plomo: Este químico no lo reconocía como un elemento metálico común por su gran elasticidad molecular. Cabe destacar que la elasticidad de este elemento depende de las temperaturas del ambiente, las cuales distienden sus átomos, o los extienden. ANEXOS