Aumento del microscopio

El aumento de un microscopio es una de sus características esenciales que define su calidad y el tipo de muestras que se podrán observar. El aumento total de un microscopio indica en qué medida este puede aumentar la imagen de la muestra observada.

En el caso del microscopio óptico compuesto, el aumento de la muestra se produce en dos etapas, primero en las lentes del objetivo y a continuación en las lentes del ocular. De este modo, es necesario conocer el aumento de estas dos partes del microscopio para conocer el aumento total que se obtiene. El aumento total del microscopio se puede calcular fácilmente multiplicando el aumento del objetivo por el aumento del ocular:

Aumento microscopio = Aumento objetivo × Aumento ocular

Por ejemplo combinando un objetivo con un aumento de 60x con un ocular de 10x se obtiene un aumento total de 600x.

Este proceso de aumento se puede explicar en base a la naturaleza de las lentes, que no son más que cuerpos con la capacidad de desviar los rayos de luz. En el caso de las lentes convergentes, los rayos que inciden de forma paralela son desviados de modo que convergen en un punto llamada foco.

lente convergente
Rayos de luz a través de una lente convergente

Al mirar una objeto a través de este tipo de lentes, este efecto de convergencia genera una imagen virtual de manera que el objeto es observado a mayor tamaño que el original.

Imagen virtual y lente convergente
Imagen virtual aumentada obtenida mediante una lente convergente

El principio óptico de un microscopio se basa en aplicar este proceso con dos lentes. La imagen intermedia que se genera entre el objetivo y el ocular recibe el nombre de imagen real. La siguiente figura muestra de forma esquemática como se genera la imagen virtual de la muestra que es observada a través del ocular del microscopio.

Funcionamiento del microscopio óptico
Esquema de funcionamiento de un microscopio considerando una lente objetivo y una lente ocular

Aunque la figura anterior muestra solo dos lentes, los microscopios reales utilizan siempre un mayor número de lentes. Estas otras lentes se utilizan para corregir aberraciones ópticas y así obtener una imagen más nítida.

Aumento útil y aumento vacío

El aumento de una imagen debe ir siempre asociado con una buena resolución, de lo contrario obtenemos una imagen aumentada en la que no se pueden apreciar los detalles. Esto ocurre si se combinan distintas lentes con la intención obtener una imagen de gran aumento. Llega un punto en que se aumenta la imagen pero no la resolución, de modo que la imagen aumentada no añade nueva información. Sería equivalente a hacer zoom en una imagen digital, a partir de un momento la imagen se ve pixelada y al seguir aumentándola solo se ven los pixeles a mayor tamaño.

La resolución obtenida mediante una lente viene definida por su apertura numérica. En un microscopio, tanto el aumento como la apertura numérica de los objetivos están indicados en la parte lateral de cada objetivo. Para observar una muestra con buena resolución se debe observar con un aumento que esté entre 500 y 1000 veces la apertura numérica del objetivo. Este rango de aumento se conoce como aumento útil. Si se sigue aumentando la imagen por encima de este rango la imagen aparecerá borrosa sin ganancia de resolución. En este caso el aumento se conoce como aumento vacío.

Por ejemplo, si un objetivo tiene una apertura numérica de 0.70 deberíamos observar la muestra con un aumento total de entre 350 (0.70 x 500) y 700 (0.70 x 1000).

La máxima apertura numérica de los objetivos está limitada a valores de aproximadamente 1.50 (utilizando objetivos de inmersión). Por este motivo, el máximo aumento útil que se puede obtener con un microscopio óptico es 1500 (1.50 x 1000). Este es un dato importante porque existen microscopios que se anuncian con un aumento de 2000x. Hay que tener en cuenta que cualquier valor de aumento superior a 1500 se refiere a aumento vacío y es por lo tanto inútil en cuanto a la información que aporta.

Objetivo con indicación de aumento y apertura numérica
Indicación de aumento y apertura numérica en un objetivo (Fuente: Zeiss Microscopy)

Tabla de aumentos

La siguiente tabla muestra el aumento total de un microscopio para distintos valores estándar del aumento de los objetivos y del ocular. Los valores que corresponden a un aumento útil están resaltados en color verde, mientras que la zona de aumento vacío está indicada en color rojo. Solo se indican aquellos aumentos contenidos entre 500 y 1000 veces la apertura numérica. El valor entre paréntesis en la columna de los objetivos es la apertura numérica habitual correspondiente al número de aumentos.

Tabla de aumentos del microscopio
Tabla de aumento útil y aumento vacío habitual en un microscopio óptico

Aumento del microscopio electrónico

Debido a la difracción de la luz, los microscopios ópticos están limitados a un aumento máximo de 1500x. En términos físicos esta limitación es una consecuencia de la longitud de onda de la luz. En el caso de los microscopios electrónicos, la muestra no es iluminada con luz sino con electrones. Este permite iluminar la muestra con longitudes de onda 100000 veces más pequeñas que en el caso del microscopio óptico. Esto se traduce en unos aumentos muy superiores que pueden llegar a 10000000x.

Resumen

  • El aumento total de un microscopio se calcula multiplicando el aumento del objetivo por el aumento del ocular.
  • Debido a la naturaleza de la luz y de las lentes, el máximo aumento útil que se puede conseguir con un microscopio óptico está alrededor de 1500x.
  • Las combinaciones de objetivo y ocular que generen en aumento superior a 1500x resultarán en un aumento vacío, es decir, sin ganancia de resolución y, por lo tanto, sin añadir detalles a la imagen.
  • Para un uso óptimo, el aumento total (objetivo + ocular) debería estar comprendido entre 500 y 1000 veces el valor de la apertura numérica del objetivo.
  • La apertura numérica de un objetivo tiene una relación proporcional con su aumento.
  • Los microscopios electrónicos iluminan las muestras con un haz de electrones en lugar de con luz. De este modo, se pueden conseguir aumentos de hasta 10000000x.