مقایسه‌ی میکروسکوپ نوری و الکترونی : مقایسه‌ی تفصیلی و با جزئیات

میکروسکوپ‌ها یک وسیله‌ی حیاتی در آزمایشگاه‌ هستند. دو نوع عمده از میکروسکوپ‌ها وجود دارند؛ آنهایی که از نور استفاده می‌کنند و آنهایی که از الکترون‌ها استفاده می‌کنند. در اینجا مطالب بیشتری در مورد تفاوت بین میکروسکوپ‌های نوری و میکروسکوپ‌های الکترونی، آورده شده است.

آیا می‌دانستید؟

میکروسکوپ توسط دانشمند و عدسی ساز هلندی به نام آنتونی ون لیون هوک اختراع شد. چون او این وسیله را بدون این که چه زمینه‌ای از میکرو بیولوژی وجود دارد، اختراع کرد به پدر علم میکرو بیولوژی مشهور است. هم چنین او اشیا مختلفی را با این اختراع مورد مشاهده قرار داد در نتیجه اولین میکرو بیولوژیست دنیا در نظر گرفته می‌شود.
میکروسکوپ‌های نوری در کشف سلول، مفید و سودمند بودند و موجب به دنیا آمدن علم میکرو بیولوژی شدند اما میکروسکوپ‌های الکترونی ما را قادر می‌سازند تا عمق واقعیت و حقیقت را کاوش کنیم.
با این که هر دوی این وسیله‌ها کار یکسانی را انجام می‌دهند اما تفاوت‌های قابل توجهی بین آنها وجود دارد. در اینجا مقایسه‌ی مختصری بین میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی آورده شده است.

دوئل میکروسکوپ :

تفاوت عمده بین میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی، پرتوی است که برای تشکیل تصویر به کار می‌رود؛ نام نوری و الکترونی به پرتو به کار رفته اشاره می‌کند. استفاده از نور مرئی به عنوان پرتو، برخی محدودیت‌ها را دارد که میکروسکوپ الکترونی این محدودیت‌ها را کاهش می‌دهد. اما میکروسکوپ‌های نوری نیز در استفاده‌ی عمومی، کاربردی‌تر هستند.
در اینجا تصویری از ساختار هر نوع میکروسکوپ آورده شده است :

پرتو :

میکروسکوپ نوری مرکب

میکروسکوپ‌های نوری هم ساده و هم مرکب از نور مرئی به عنوان پرتو خود استفاده می‌کنند. این نور مرئی طول موج حدوداً 400 تا 700 نانومتر دارد ( یک نانومتر برابر با 1×〖10〗^(-9) متر است). نور به کمک عدسی‌های شیشه‌ای متمرکز می‌شود. چون نور در گستره‌ی مرئی است، می‌توانیم تصاویر تشکیل شده توسط میکروسکوپ نوری را با چشم غیر مسلح ببینیم.
در مقایسه، طول موج موثری که توسط پرتو الکترونی ایجاد می‌شود کمتر از 1 نانومتر است. این پرتو به کمک الکترو مغناطیس‌ها و با اعمال بار منفی بر روی الکترون‌ها، متمرکز می‌شود. چون ما نمی‌توانیم پرتو الکترونی را بدون آسیب شدید به چشم خود ببینیم، تصویر در میکروسکوپ الکترونی بر روی صفحه‌ی حساس به الکترون (اغلب با نام صفحه‌ی فلوروسنت در شکل‌ها عنوان می‌شود) ایجاد می‌شود.
مکانیزم تشکیل تصویر :

میکروسکوپ الکترونی عبوری

در هر دو نوع میکروسکوپ، پرتو عبوری از نمونه، برای تشکیل تصویر به کار می‌رود. نور عبوری از نمونه در میکروسکوپ نوری به خاطر خواص مواد مختلف موجود در نمونه، پراکنده می‌شود. سپس این نور توسط عدسی‌ها در میکروسکوپ مرکب، متمرکز و بزرگنمایی می‌شود. میکروسکوپ‌های نوری ساده که عدسی‌های بزرگ کننده‌ی بسیار قوی دارند از انعکاس نور استفاده می‌کنند اما این نوع عدسی در دوره‌های آکادمیک و علمی محبوب نیست.
از طرف دیگر، میکروسکوپ‌های الکترونی تصاویر را بر اساس جذب انتخابی الکترون‌ها توسط قسمت‌های مختلف نمونه، تشکیل می‌دهند. نمونه بالای صفحه‌ی فلوروسنت قرار می‌گیرد در نتیجه الکترون‌هایی که نشانه‌ و علامتی بر روی صفحه ایجاد می‌کنند آن الکترون‌هایی هستند که قادر به عبور از نمونه هستند. قسمت‌هایی که الکترون‌ها را جذب می‌کنند مانع عبور آنها از صفحه می‌شوند در نتیجه به صورت تیره دیده می‌شوند. قسمت‌هایی که اجازه‌ی عبور الکترون‌ها را می‌دهند به صورت روشن دیده می‌شوند. تصویر به کمک دانش و اطلاع قبلی در مورد قابلیت نفوذ الکترون در مواد ویژه، شناسایی و مشخص می‌شود.
در میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی، الکترون‌های منعکس شده از نمونه، اطلاعاتی را در مورد سطح نمونه فراهم می‌کند. این میکروسکوپ، وقتی به کار می‌رود که نمونه به حد کافی نازک نیست تا اجازه‌ی عبور به الکترون‌ها بدهد. این یک تعبیر شبه سه بعدی از نمونه با درک عمق فراهم می‌کند.

وضوح و بزرگنمایی :

میکروسکوپ‌های نوری معمولاً قادر به ایجاد وضوح حداکثر تا 200 نانومتر هستند. به صورت عملی یعنی این که مواد کوچک‌تر از 200 نانومتر به صورت نهاد مجزا دیده نمی‌شوند و با شکل بزرگ‌تر ادغام می‌شوند.
در میکروسکوپ‌های الکترونی، وضوح را می‌توان به کمتر از 1 نانومتر کاهش داد. این یعنی این که اشیایی که در میکروسکوپ‌های نوری قابل مشاهده نیستند، در میکروسکوپ‌های الکترونی واضح‌تر دیده خواهند شد. این به معنای این است که میکروسکوپ‌های الکترونی قادر به تهیه‌ی تصویر 400 برابر جزئی‌تر از میکروسکوپ‌های نوری هستند.
میکروسکوپ نوری بزرگنمایی بیش از 1500 برابر را فراهم می‌کند اما بزرگنمایی 1000 برابر رایج‌تر است. با وجود این که این مقدار نیز بزرگنمایی قابل توجهی است اما نسبت به توانایی میکروسکوپ الکترونی برای رسیدن به بزرگنمایی بیش از 250000 برابر، کم است.

رنگ :

چون میکروسکوپ‌های نوری از نور مرئی استفاده می‌کنند، تصاویر را می‌توان در گستره‌ی رنگ مرئی نرمال مشاهده کرد. میکروسکوپ‌های الکترونی کاری با طول موج پرتو (در نتیجه با عبارت طول موج موثر) ندارند در نتیجه تصاویر سیاه سفید (B/W) تولید می‌کنند. اغلب برای وضوح بهتر، رنگ‌های مصنوعی به این تصاویر داده می‌شود به ویژه اگر قرار باشد تصویر برای عموم منتشر شود.

نگرانی‌های عملی :

به خاطر مکانیزم نسبتاً ساده‌ی میکروسکوپ‌های نوری (حتی میکروسکوپ‌های مرکب) حمل و اجرای آنها بسیار آسان است. تا وقتی که از عدسی‌ها حفاظت شود، تجهیزات کاملاً سالم و محکم خواهند ماند. در مقایسه، میکروسکوپ‌های الکترونی نسبتاً بزرگ‌تر هستند و به منبع پر قدرت و ویژه نیاز دارند. این موضوع آنها را کمی پر زحمت ساخته است. آنها هم چنین گران‌تر از میکروسکوپ‌های نوری هستند.

محدودیت‌ها :

علاوه بر محدودیت‌هایی که در بالا لیست شد (وضوح و بزرگنمایی برای میکروسکوپ‌های نوری و عملی بودن و تصویر رنگی برای میکروسکوپ‌های الکترونی)، میکروسکوپ‌های الکترونی عیب قابل توجه دیگری نیز دارند؛ ساختار داخلی آنها به خلأ نیاز دارد چون در غیر این صورت الکترون‌ها توسط هوا جذب خواهند شد. این امر مشاهده‌ی فرآیندهای زنده را غیر ممکن می‌سازد. فرآیندهایی نظیر تقسیم سلولی را می‌توان به صورت زنده زیر میکروسکوپ نوری مشاهده کرد اما در میکروسکوپ‌های الکترونی ممکن نیست.
همان طور که می‌بینید، فواید و نقایص واضحی در هر دو نوع میکروسکوپ وجود دارد. میکروسکوپ‌های نوری به خاطر طبیعت محکم و عملی خود، معمولاً در مدارس و دبیرستان‌ها به کار می‌روند اما میکروسکوپ‌های الکترونی که تصاویر بسیار جزئی‌تر و بزرگنمایی بیشتری را با قیمت بالاتر فراهم می‌کنند در آزمایشگاه‌ها و مکان‌های پژوهشی و تحقیقاتی بسیار پیشرفته به کار می‌روند.