Mikroskopioak deskribatzeko eta alderatzeko, bi magnitude erabiltzen dira: handitze-ahalmena eta bereizmena. Handitze-ahalmenak adierazten du zenbat aldiz handituta ikusten den objektu bat mikroskopioaren bidez begiratuta; erlazio bat da, hau da, ez du dimentsiorik. Bereizmenak adierazten du zein den mikroskopioaren bidez ikus daitekeen objektuaren xehetasunik txikienaren tamaina; milimetrotan adierazi ohi da.

Mikroskopioetan, irudia optikoki, akustikoki edo elektronikoki eratu daiteke. Mikroskopiorik ezagunena eta zaharrena optikoa da; leiarrak eta argia erabiltzen ditu irudia eratzeko.

Mikroskopio optikoak

Mikroskopio optikorik bakunena lupa da. Handitze-ahalmen handiagoko leiar bat erabiliz gero, zilindro batean ezarria, mikroskopio xume bat lortzen da. Era horretakoak erabiltzen dituzte bitxigileek eta erlojugileek.

Mikroskopio sinpleak leiar bat besterik ez du; berarekin, 10erainoko handitze-ahalmena eta 10-2 mm-ko bereizmena lor daiteke. Muga horiek gainditzeko, leiar bat baino gehiago erabili behar da. Horrela osatutakoei mikroskopio konposatu deritze. Ohiko mikroskopio optiko konposatua bi leiarrez osatuta dago:

• Objektiboa. Behatu beharreko objektuaren ondoan dagoen leiarra. Handitu egiten du objektuaren irudia.

• Okularra. Behatzailearen begiaren ondoan dagoen leiarra. Objektiboan eratutako irudia hartu eta handitu egiten du.

Mikroskopioaren gainerako elementu nagusiak hauek dira:

• Kondentsadorea: argi-izpiak objekturantz zuzentzen ditu.

• Diafragma: kondentsadorean zenbat argi sartzen den erregulatzen du.

• Torloju mikrometrikoa eta torloju makrometrikoa: fokuratzeko, behatu beharreko objektuaren eta objektiboaren arteko distantzia doitzeko.

Mikroskopio optiko konposatuen handitze-ahalmena 2,5 eta 1.000 bitartekoa da (2.000raino irits daiteke goi-mailako mikroskopioekin), eta haiekin 2 × 10-4 mm-rainoko bereizmena lor daiteke.

Mikroskopio optikoa: 1) okularra; 2) objektiboaren euskarria; 3) objektiboaren leiarrak; 4) torloju makrometrikoa; 5) torloju mikrometrikoa; 6) objektu-euskarria; 7) ispilua edo argia; 8) diafragma eta kondentsadorea

Mikroskopio elektronikoa

Mikroskopio optikoen bereizmen-ahalmena argi-izpien uhin-luzera handiak mugatzen du. Bereizmen handiagoa lortzeko, beste fenomeno fisiko batzuen uhin-izaera baliatzen duten beste mikroskopio-mota batzuk erabiltzen dira. Haietan garrantzitsuena mikroskopio elektronikoa da: argiaren (fotoien) ordez, elektroi-sortak erabiltzen ditu irudia eratzeko. Elektroien higidurari lotutako uhinaren luzera argi-erradiazioen uhin-luzera baino 100.000 aldiz txikiagoa da. Beraz, argi-izpien ordez elektroiak erabilita, askoz bereizmen handiagoa lor daiteke: mikroskopio elektroniko onenek 2.000.000 aldiz handitu dezakete irudia, hau da, mikroskopio optiko onenek baino mila aldiz gehiago, eta 10-8 mm-rainoko bereizmena dute.

Mikroskopio optikoaren eta elektronikoaren funtzionamenduaren oinarria antzekoa da, baina badira aldeak. Hasteko, elektroiek ezin dute airea zeharkatu. Horregatik, elektroi-sortak hutsean egon behar du. Horretarako, mikroskopio elektronikoaren zutabearen barnean hutsa egin behar da huts-ponpak erabiliz, eta behatu beharreko objektuak eta behar diren gainerako tresnek ere hutsean egon behar dute. Gainera, elektroiek beira ere ezin dute zeharkatu; horregatik, kristalezko leiarren ordez, leiar elektronikoak erabiltzen dira. Azkenik, argiak ez bezala, elektroiek ezin dute erretina inpresionatu; horregatik, mikroskopio elektronikoan elektroi-sortak, behatzailearen begira zuzenean iritsi beharrean —argiak mikroskopio optikoan egiten duen bezala—, pantaila fluoreszente batean sortzen du irudia, pantaila horretan sortzen den irudia ikusgaia baita giza begiarentzat.

Askotan, elektroi-sorta emultsio sentikor baten gainean proiektatzen da irudiaren argazkiak (mikrografiak) lortzeko.

Mikroskopio elektronikoaren ideia XX. mendearen lehen herenean sortu zen, Louis de Broglie fisikari frantsesak iradoki zuenean elektroi-sortak uhin-higiduratzat har zitezkeela. Geroago, 1926an, eremu elektrikoak eta magnetikoak leiar gisa erabil zitezkeela frogatu zen, eta orduan hasi zen mikroskopio elektronikoen aroa. Harrezkero, teknologikoki garatuz joan dira; gaur egun, haiei esker, molekulak ikus daitezke.

Mikroskopio elektronikoak, funtsean, bi motatakoak dira:

• Transmisiozko mikroskopio elektronikoa (TEM, transmission electron microscope). Handitu nahi den objekturantz zuzendutako elektroi-sorta bat bidaltzen du. Elektroi batzuk islatu egiten dira objektuan, edo objektuak xurgatu egiten ditu; beste batzuek, berriz, objektua zeharkatzen dute eta haren irudi handitua eratzen dute. Mikroskopio-mota honek oso objektu meheak baino ezin ditu "ikusi", bi mila angstromeko lodierakoak gehienez ere. 106-rainoko handitze-ahalmena du.

• Ekorketazko mikroskopio elektronikoa (SEM, scanning electron microscope). Behatu beharreko lagina metalezko geruza mehe batez estaltzen da. Elektroiak azeleratu egiten dira eremu elektrikoak erabiliz, eta kanoi batek laginaren gainazalaren kontra bidaltzen ditu. Laginaren kontra jotzean, interakzioak gertatzen dira elektroi erasotzaileen eta laginaren beraren elektroien artean. Detektagailu batek interakzio horien emaitzak jasotzen ditu, eta laginaren gainazalaren hiru dimentsioko irudi bat erakusten du telebista-pantaila batean. 3 eta 20 nanometro bitarteko bereizmena du, eta, hari esker, materialen bereizmen handiko irudiak lor daitezke.

Inurri baten irudia, ekorketazko mikroskopio elektroniko batez egina (iturria: USGS)

Ekorketazko tunel-mikroskopioa (STM, scanning tunneling microscope)

Mikroskopio elektronikoaren arloan, 1980ko hamarkadan aurrerapauso handi bat izan zen: ekorketazko tunel-mikroskopioa. Mikroskopio horrek atomoak ikusteko aukera ematen du. Haren oinarria tunel-efektua da, mekanika kuantikoaren fenomeno bat. Elektroiek ez dute kokagune finkorik edo puntualik; kokagune-multzo batez osatutako probabilitate-hodei baten bidez definitzen da elektroiaren kokagunea. Hala, espazioan hedatutako uhin baten moduan jokatzen du elektroiak. Horrek esan nahi du elektroi batek baduela aukera (probabilitatea) bere atomotik irteteko, atomoaren nukleoarekin lotzen duten indar elektromagnetikoak (potentzial-hesia) gainditzeko, hau da, "tunel" bat egin eta beste aldera pasatzeko, nolabait esatearren. Hori gertatzen denean, elektroiak intentsitate elektriko bat sortzen du: tunel-intentsitatea. Horretaz baliatzen da tunel-efektuko mikroskopioa: intentsitate hori detektatuz eta neurtuz, behagaiaren gainazalaren irudia egiten du. Tunel-elektroiak aurkitzeko probabilitatea modu esponentzialean jaisten da bi gainazalen arteko distantzia handitu ahala. Horregatik, STM mikroskopioak orratz fin eta zorrotz bat erabiltzen du behatu beharreko gainazalaren ondo-ondoan jarrita, bien artean angstrom gutxi batzuk besterik ez dagoela. Orratzaren eta gainazalaren artean potentzial-diferentzia txiki bat ezarrita, elektroi batzuek gainazaletik orratzera pasatzen dira "tunelean" barrena. Orratzak zunda baten gisa ekortzen du behagaiaren gainazala, eta, tunel-intentsitatearen aldaketak jaso eta prozesatuta, gainazalaren irudi topografiko bat eratzen du mikroskopioak, tunel-intentsitatearen balioa zundaren —orratzaren— eta gainazalaren arteko distantziaren araberakoa baita. Hala, tunel-intentsitateak gainazalaren erliebeari buruzko informazio doi-doia ematen du, eta gainazalen egitura atomikoaren irudi aratzak eta zehatzak lortzen dira, non atomoak ikusi egiten baitira.

Ekorketazko tunel-mikroskopioak hasiera eman zion mikroskopiaren adar berri bati: zundazko ekortze-mikroskopia (SPM, scanning probe microscopy). Teknika berriaren funtsa ekorketa da: zunda batek behagaiaren gainazala ekortzen du, lerroz lerro eskaneatzen du, eta zundaren eta gainazalaren interakzioaren emaitza erabiltzen du gainazalaren erliebearen irudia eratzeko. Zundaren higiduraren zehaztasuna lortzeko, eragingailu piezoelektrikoak erabiltzen dira, sistema elektronikoz gobernatuak. Teknika horrekin, informazioa bi dimentsioko puntu-sare gisa jasotzen da; gero, ordenagailu bat erabiliz, kolorea eransten zaio irudi elektronikoa eratzeko. Teknika horretan oinarrituta, nanoteknologian, besteak beste, erabiltzen diren mikroskopio-mota eta mikroskopia-teknika berri ugari garatu dira, hala nola indar atomikozko mikroskopioa (AFM, atomic force microscopy), pikonewtonen mailako indarrak neurtzeko gai dena, eremu hurbileko ekortze-mikroskopio optikoa (NSOM/SNOM, near-field scanning optical microscopy) eta beste asko (EFM, electrostatic force microscope; MFM, magnetic force microscope; MRFM, magnetic resonance force microscope...).