ميکروسکوپ ( Microscope)

ميکروسکوپ وسيله اي است که براي به دست آوردن تصاويري بزرگ شده از اجسام کوچک يا جزئيات بسيار ريز اجسام استفاده مي شود. از ميکروسکوپ به طور گسترده در علوم فيزيکي و طبيعي استفاده مي شود. در پزشکي، ميکروسکوپ اين امکان شناسايي بسياري از باکتري ها و ديگر ميکروارگانيسم هايي که موجب بيماري مي شوند را فراهم مي کند. در فيزيک ميکروسکوپ هاي قدرتمند ساختار ملکولي ماده را نشان مي دهند. مي توان دوربين ها را با بسياري از انواع ميکروسکوپ ها استفاده کرد تا مدارکي تصويري از مشاهدات فراهم نمود.
ساده تر ميکروسکوپ يک عدسي بزرگ کننده معمولي است «يک عدسي دو کوژ ساده». عدسي هاي بزرگ کننده اي که در بازار هستند، مي توانند يک جسم را ده برابر بزرگتر از اندازه ي اصلي آن نشان دهند. در مورد چنين ذره بيني گفته مي شود که ده قطر بزرگ مي کند يا ده ايکس است. يک ميکروسکوپ مرکب (ميکروسکوپي که دو يا تعداد بيشتري عدسي داشته باشد) بزرگنمايي هاي بسيار بيشتري مي دهد قوي ترين ميکروسکوپ ها، ميکروسکوپ هاي الکتروني و ميکروسکوپ هاي ميدان يون هستند.

انواع ميکروسکوپ ها
 

ميکروسکوپ هاي نوري
 

در يک ميکروسکوپ نوري، تصوير بوسيله ي نور مرئي تشکيل مي شود. هم چنين ممکن است با يک تبديل کننده ي نور ماوراء بنفش نيز استفاده شود. بيشتر ميکروسکوپ هاي آزمايشگاهي ميکروسکوپ هاي نوري مرکب هستند. عدسي هاي پايين تر، عدسي هاي بروني ناميده مي شوند و عدسي هاي بالاتر که از عدسي هاي چشمي ساخته شده اند، چشمي ناميده مي شوند.
معمولاً يک سري سه تايي يا چهار تايي از عدسي هاي بيروني که بر روي يک برجک گردان سوار شده اند وجود دارند که درجات مختلفي از بزرگ نمايي را فراهم کنند. يک ميکروسکوپ دو چشمي داراي دوعدسي چشمي است که استفاده از آن را در مدت هاي طولاني تر نسبت به ميکروسکوپ هاي مرکب معمولي آسان تر مي کند. يک ميکروسکوپ برجسته بين که داراي عدسي دوقلوي بيروني، علاوه بر عدسي هاي دوقلوي چشمي است تصويري سه بعدي ارائه مي کند.
براي اين که نمونه مورد مطالعه قرار گيرد. بر روي تکه اي شيشه قرار مي گيرد که اسلايد نام دارد. اگر نمونه نيمه شفاف باشد (مثلا يک قطره آب) بايد نور از درون آن عبور داده شود. اگر نمونه غيرشفاف باشد (مثل يک قطعه فلز ) نور بايد از سطح آن بازتاب داده شود. نور مي تواند از يک منبع بيروني همانند پنجره يا يک لامپ که به ميکروسکوپ متصل شده است بيايد. يک آينه زاويه اي که نور با نمونه برخورد مي کند را کنترل مي کند. در بسياري از ميکروسکوپ هاي با کيفيت بالا، يک عدسي که چگالنده نام دارد، بين آينه و نمونه قرار داده مي شود تا شدت روشنايي يکسان گردد.
عدسي چشمي اين تصوير را بزرگتر مي کند و تصوير مجازي بزرگتري که براي ناظر قابل مشاهده باشد ايجاد مي کند. بزرگنمايي کلي يک ميکروسکوپ نوري به وسيله ي قدرت بزرگنمايي عدسي بيروني و عدسي چشمي بدست مي آيد. به طور مثال يک ميکروسکوپ با عدسي چشمي با بزرگنمايي 10 و عدسي بيروني با بزرگنمايي 10 مي باشد، داراي قدرت بزرگنمايي کلي 100 مي باشد. بزرگنمايي يک ميکروسکوپ نوري به طور کلي در حيطه ي يک الي دو هزار برابر محدود مي شود. اتصالات تلويزيوني را مي توان براي افزايش کنتراست تصوير و بزرگنمايي چندين برابري تصوير گرفته شده از يک ميکروسکوپ نوري استفاده کرد، تصاوير تلويزيوني را مي توان ضبط نمود.

ميکروسکوپ هاي الکتروني
 

در يک ميکروسکوپ الکتروني، الکترون ها به جاي نور تصوير را تشکيل مي دهند هر مولکول هوايي که درون ميکروسکوپ قرار داشته باشد، مسير الکترون ها را کج خواهد کرد. بنابراين براي کارکرد ميکروسکوپ هوا بايد از درون آن تخليه شود. از آن جايي که الکترون ها قابل ديدن نيستند، تصويري که آن ها تشکيل مي دهند هنگامي مشاهده مي شود که الکترون ها بر روي يک صفحه ي فلوئورسنت تابانده شوند. در اين حالت ( پس از تابانده شدن بر روي يک صفحه ي فلوئورسنت) آن ها يا يک تصوير مرئي تشکيل مي دهند يا کلا از الکترون ها براي توليد سيگنال هايي که تصويري بر روي صفحه ي تلويزيوني ايجاد کنند استفاده مي شود.
در يک ميکروسکوپ الکتروني انتقالي يک تفنگ الکتروني (وسيله اي که جرياني از الکترون ها توليد مي کند) جايگزين منبع نور در وسايل نوري مي شود. از آهنرباهاي مغناطيسي به جاي ديسک هاي شفاف به عنوان عدسي استفاده مي شود. يک قسمت بسيار نازکي از نمونه در قسمت دروني ميکروسکوپ سوار مي شود و جريان الکترون ها به سمت آن هدايت مي شود. هنگامي که الکترون ها از درون نمونه عبور کردند بوسيله ي آهنرباها متمرکز مي شوند تا تصويري تشکيل دهند. يک ميکروسکوپ الکتروني ارسالي مي تواند چيزي حدود 200 هزار برابر بزرگنمايي نمايد. مي توان از اتصالات ويدئويي نيز استفاده کرد تا تصوير را تقويت کرد و بزرگنمايي کلي را تا 10 برابر يا بيشتر از آن افزايش داد.
در يک ميکروسکوپ الکتروني کاوشي (SEM) جرياني از الکترون ها در باريکه اي نازک توسط آهنرباها متمرکز مي شود و به جاي اين که به سمت قسمت نازکي از نمونه هدايت شود، به سمت نمونه ي کامل هدايت مي شود. باريکه ي الکتروني با يک الگوي خطي نمونه را کاوش مي کند. وقتي که باريکه ي الکتروني به نقطه ي معلومي از نمونه مي رسد، الکترون هاي باريکه با الکترون هاي اتم هاي سطح برخورد مي کند و تعدادي از الکترون هاي نمونه را بيرون مي اندازند. هنگامي که الکترون هاي بيرون انداخته شده به يک وسيله ي آشکار سازي که در برابر نمونه قرار دارد رسيده اند سيگنالي توليد مي کنند که براي ايجاد يک تصوير بزرگنمايي شده بر روي يک صفحه ي تلويزيوني مورد استفاده قرار مي گيرد.
بوسيله ي تمرکز کانوني بالا قسمت هاي پر نورتر و سايه ها در يک تصوير SEM اثري سه بعدي با تمام قسمت هاي نمونه ايجاد مي کند (ميکروسکوپ هاي نوري و ديگر ميکروسکوپ هاي الکتروني در يک زمان فقط مي توانند قسمت نازکي از نمونه را در کانون داشته باشند. SEM مي تواند تا 100 هزار برابر بزرگنمايي داشته باشد. هم چنين طوري مي توان آن را تنظيم کرد که بزرگنمايي در حد 5 برابر نيز داشته باشد که براي وقتي که به مشاهده ي اجسام نسبتاً بزرگي همانند اجزاي الکترونيکي کوچک و فسيل هاي کوچک مي پردازيم. مناسب است.
اين نوع ميکروسکوپ از باريکه اي از الکترون ها براي بررسي نمونه استفاده مي کند. الکترون ها از درون نمونه عبور داده مي شوند تا تصوير ايجاد کنند.

ميکروسکوپ هاي صوتي
 

يک ميکروسکوپ صوتي از امواج صوتي براي ايجاد صدا استفاده مي کند. در يک ميکروسکوپ صوتي امواج صدا با فرکانس بالا از سطح نمونه بازتاب مي شوند و با وسيله اي شبيه ميکروفون به سيگنال هاي الکتريکي تبديل مي شوند از اين سيگنال ها براي توليد يک تصويري که به صورت الکترونيکي بزرگ شده و بر روي يک صفحه ي تلويزيوني نمايش داده مي شود استفاده مي شود. تفاوت هاي ناچيز در خواص ارتجاعي موادي که نمونه را تشکيل داده اند بر بازتاب امواج صوتي اثر مي گذارند، اين اثر به صورت تفاوت در قدرت سيگنال هاي الکتريکي و الگوهايي که آن ها بر روي صفحه ي نمايش ايجاد مي کنند بروز مي کند.
بزرگنمايي ميکروسکوپ هاي صوتي مي تواند به اندازه ي بزرگنمايي بهترين ميکروسکوپ هاي نوري باشد. ميکروسکوپ هاي صوتي به طور ويژه براي بررسي ساختارهاي ميکروسکوپي و ساختار فلزات و آلياژها جهت بررسي مدارهاي ميکروالکترونيکي مناسب هستند. هم چنين آن ها براي مشاهده ي سلول هاي زنده بدون نياز به رنگ کردن آن ها (جهت مرئي سازي ساختارشان) استفاده مي شوند.

ميکروسکوپ هاي اشعه ي ايکس
 

چندين نمونه از ميکروسکوپ ها از اشعه ي ايکس براي تشکيل تصوير استفاده مي کنند. برخي از آن ها از تکنيک هايي که با انکسار (پراش) سروکار دارند، براي متمرکز کردن اشعه ي ايکس استفاده مي کنند. (اشعه ي ايکس برخلاف امواج نوري دچار شکستگي يا بازتاب نمي شود) در يک نمونه ريزبيني بوسيله ي اشعه ي ايکس که ريزبيني تماسي يا تابشي بوسيله اشعه ي ايکس نام دارد، رگبار کوتاهي از اشعه ي ايکس به سمت نمونه هدايت مي شود. اشعه ي ايکسي که از درون نمونه عبور مي کنند بر روي يک صفحه ي فلزي حساس شده که در سمت مقابل نگه داشته شده است، تشکيل تصوير مي دهند. هنگامي که صفحه ايجاد شد مناطقي از سطح فلزي به نسبت ميزان پرتوگيريشان تيره مي شوند که اين مناطق تصويري سه بعدي ايجاد مي کنند که اين تصوير بوسيله ي ميکروسکوپ هاي الکتروني کاوشي مورد مطالعه قرار مي گيرد.

ميکروسکوپ هاي يوني
 

بعضي از ميکروسکوپ ها از اتم هاي داراي بار مثبت که يون ناميده مي شوند، براي توليد يک تصوير استفاده مي کنند رايج ترين نوع آن ميکروسکوپ هاي ميدان يوني هستند که از يون هاي خود نمونه براي توليد تصوير استفاده مي کنند. اين ميکروسکوپ عمدتاً براي مطالعه ي ساختار مولکويي يا اتمي فلزات مورد استفاده قرار مي گيرد. فلزي که قرار است مورد مطالعه قرار گيرد. معمولاً در نوک يک سوزن نازک قرار داده مي شود. در ميکروسکوپ يک ولتاژ بالا موجب مي شود که يون ها از فلز قرار گرفته در نوک سوزن فرار کنند و با يک صفحه ي آشکارکننده برخورد نمايند. همان طور که يون ها حرکت مي کنند گسترش مي يابند بنابراين تصوير نوک سوزن تا 5 ميليارد برابر گسترش مي يابد.

ميکروسکوپ هاي ميله اي پويشي
 

دسته اي از ميکروسکوپ ها بوسيله ي ميله ي کوچکي شبيه به سوزن که درعرض نمونه حرکت رفت و برگشتي دارد تصوير توليد مي کند مهم ترين نمونه ي آن ميکروسکوپ تونل زني پويشي مي باشد در اين نوع ميکروسکوپ ميله در فاصله ي بي نهايت کوتاهي (در مقايسه با عرض يک اتم) در بالاي سطح نمونه نگه داشته مي شود. در اين فاصله الکترون ها بوسيله ي پديده اي که تونل زني ناميده مي شود بين سطح نمونه و ميله جا به جا مي شود. در رايج ترين نمونه از اين ميکروسکوپ ولتاژي اعمال مي شود تا جرياني بين نمونه و ميله برقرار کند و يک مکانيزم بازخوردي به صورت اتوماتيک ارتفاع ميله ي پويشي را تنظيم مي کند تا جريان ثابت بماند. از حرکت عمودي ميله براي رسم نقشه ي برجستگي هاي سطح استفاده مي شود. چنين نقشه ي رسم شده اي مي تواند تک تک اتم هايي که سطح نمونه را تشکيل مي دهند نشان دهد.
ديگر انواع ميکروسکوپ هاي ميله اي پويشي از ميله هايي استفاده مي کنند به بار الکتروستاتيکي فعاليت هاي گرمايي يا ديگر خواص مشخص اتم ها و مولکول هايي که تشکيل دهنده ي سطح نمونه هستند حساس مي باشند.

تاريخ ميکروسکوپ
 

ميکروسکوپ نوري ترکيبي در اوايل دهه ي 1600 در هلند اختراع شد. برخي از مورخان معتقدند اين اختراع توسط زاک آرياز جانسن انجام شده است. به خاطر سختي هايي که در توليد عدسي هاي قابل اعتماد وجود داشت اين وسيله تا قرن نوزدهم ميلادي به طور گسترده مورد استفاده قرار نمي گرفت. در قرن هفدهم ميلادي آنتون وان ليوون هک يک زيست شناس هلندي ميکروسکوپ هاي تک عدسي بسيار خوبي را ساخت و مورد استفاده قرار داد. او از طريق اين وسيله باکتري ها و تک ياختگان آغازين را کشف کرد.
ايده ي ميکروسکوپ هاي الکتروني ارسالي در طي دهه ي 1920 و 1930 در آلمان شکل گرفت. ارنست روسکا يک دانشمند آلماني در سال 1986 به خاطر کارهايش بر روي اين وسيله جايزه ي نوبل فيزيک را برنده شد. ميکروسکوپ هاي الکتروني پويشي در دهه ي 1960 در ايالات متحده ي آمريکا ساخته شدند و ميکروسکوپ هاي صوتي در دهه ي 1970. در اواخر دهه ي 1900 گرد بي نيگ يک دانشمند آلمان غربي وهاين ريش روهرريک دانشمند سوئيسي ميکروسکوپ تونل زني پويشي را ساختند که به خاطر آن، آن ها مشترکاً با روس ها در سال 1986 جايزه ي نوبل فيزيک را برنده شدند.
منبع:Howstuffworks.com
/ع