مقایسه میکروسکوپ نوری با میکروسکوپ الکترونی

میکروسکوپ یک وسیله حیاتی در آزمایشگاه است. دو نوع عمده از میکروسکوپها وجود دارد؛ آنهایی که از نور استفاده می‌کنند، و آنهایی که از الکترون استفاده می‌کنند. ادامه مقاله را بخوانید تا بیش‌تر به تفاوت‌های بین میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی پی ببرید.
آیا می‌دانستید؟ میکروسکوپ توسط یک هلندی لنز ساز و یک دانشمند، به نام آنتنی‌ ون هوک اختراع شد. از آن‌ جا که او وسیله‌ای را اختراع کرد که بدون آن علم میکروب شناسی هم وجود نداشت، بنا بر این از او به عنوان پدر میکروب شناسی یاد می‌کنند. او هم چنین مواد مختلفی را با استفاده از اختراع خود مشاهده کرد، و به این ترتیب به عنوان اولین میکرو بیو لوژیست (کسی که زندگی و ویژگی‌های موجودات بسیار کوچک مثل: باکتری‌ها، قارچ‌ها و جلبک‌ها را بررسی می‌کند) در جهان شناخته می‌شود. میکروسکوپ‌های نوری ابزاری بودند که باعث کشف سلول‌ها و باعث تولد علم میکروب شناسی شدند در حالی که میکروسکوپ‌های الکترونی به ما اجازه می‌دهند که به اعماق واقعیت برویم و جزئیات بیش‌تری را ببینیم.
در حالی که هر دوی این ابزارها یک کار مشابه را انجام می‌دهند، با این حال تفاوت‌های قابل توجهی نیز بین این ابزارها وجود دارند. در این جا یک مقایسه مختصر بین میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی را انجام می‌دهیم.

رقابت بین میکروسکوپ‌ها

تفاوت اصلی بین میکروسکوپ نوری و الکترونی، نوع تابش و باز تابشی است که برای تشکیل تصویر استفاده می‌کنند. دو لغت نور و الکترون عباراتی هستند که در رابطه با تابش و باز تاب استفاده می‌شوند. استفاده از نور مرئی برای تابش به جسم، محدودیت‌هایی دارد که میکروسکوپ الکترونی آن‌ها را کاهش می‌دهد. با این حال میکروسکوپ‌های نوری در استفاده‌های عمومی، بسیار کاربردی‌تر می‌باشند.
در تصویر زیر ساختار کلی یک میکروسکوپ را می‌بینید که تقریباً هر میکروسکوپی ساختاری این چنینی دارد:

ترکیب (اجزا) میکروسکوپ الکترونی

میکروسکوپ‌های نوری، ساده و ترکیبی از چند جزء هستند که از نور مرئی برای تابش و بازتاب به جسم استفاده می‌کنند، که طول موج این نور بین 400 تا 700 نانو متر است. (یک نانو متر برابر است با 10-9 متر). میکروسکوپ با یک لنز شیشه‌ای، نور را در یک نقطه متمرکز می‌کند. از آن جا که نور در محدوده قابل مشاهده توسط چشم انسان است (نور مرئی) ما می‌توانیم تصاویر تشکیل شده توسط میکروسکوپ نوری را با چشم غیر مسلح ببینیم.
در مقابل، طول موج مؤثر ارائه شده توسط یک پرتو الکترون کمتر از 1 نانو متر است. این پرتو به کمک قطب‌های مغناطیسی مثل یک آهن ربا و با استفاده از بار منفی که الکترون دارد، در یک نقطه متمرکز می‌شود. از آن جا که ما نمی‌توانیم این پرتوهای الکترون را بدون آن که چندین بار به چشم ما برخورد کنند و به آن آسیب برسانند، ببینیم، تصویر در میکروسکوپ الکترونی توسط یک سطح حساس به الکترون تشکیل می‌شود و ما آن را می‌بینیم. (این صفحه اغلب به نام صفحه نمایش فلورسنت در شکل اجزای میکروسکوپ دیده می‌شود.)

چگونگی تشکیل تصویر

انتقال نور میکروسکوپ الکترونی

در هر دو نوع میکروسکوپ از نوری که به نمونه تابیده و از آن عبور کرده برای تشکیل تصویر استفاده می‌شود. در میکروسکوپ نوری، نوری که از نمونه عبور کرده، با توجه به خواص آن ماده پراکنده می‌شود. سپس این نور پراکنده توسط میکروسکوپ متمرکز می‌شود و بعد توسط یک لنز در میکروسکوپ بزرگ نمایی صورت می‌گیرد. میکروسکوپ‌های نوری ساده‌ای که لنزهای بزرگ نمایی بسیار قوی‌ای دارند، از نور انعکاسی یا نوری که از سطح نمونه باز تابیده شده استفاده می‌کنند، اما این نوع از میکروسکوپ‌ها در محافل علمی و دانشگاهی محبوب نیستند.
از سوی دیگر، میکروسکوپهای الکترونی تصاویر را بر اساس جذب انتخابی الکترون‌ها توسط بخش‌های مختلفی از نمونه تشکیل می‌دهند. نمونه در بالای صفحه نمایش فلورسنت قرار می‌گیرد، و به این طریق، الکترون‌هایی که از نمونه عبور می‌کنند، باعث به وجود آمدن نقاط یا به عبارتی علامت گذاری‌هایی در روی صفحه فلورسنت می‌شوند. بخش‌هایی از نمونه که الکترون را جذب می‌کنند و اجازه عبور را به آن نمی‌دهند، در روی صفحه فلورسنت تیره به نظر می‌آیند و بخش‌هایی از نمونه که اجازه می‌دهند الکترون از آن‌ها عبور کند نیز، روشن دیده می‌شوند. سپس این تصاویر به وجود آمده بر روی صفحه فلورسنت بر اساس دانشی که ما از قبل در مورد خواص مواد در جذب و نفوذ پذیری الکترون داریم، شناسایی شده و بر چسب می‌خورند.
در میکروسکوپ‌های الکترونی که اسکن می‌کنند، الکترون منعکس شده از سطح نمونه به ما اطلاعاتی در مورد سطح نمونه ارائه می‌دهد. از این روش برای وقتی که نمونه به اندازه کافی نازک نیست تا اجازه بدهد الکترون از آن عبور کند، استفاده می‌شود. این کار برای ما یک تصویر شبه سه بعدی که بعد عمق نیز در آن مشخص است، فراهم می‌کند.

وضوح تصویر و بزرگ نمایی

میکروسکوپ‌های نوری به طور معمول توانایی واضح کردن و نشان دادن اشیایی که حد اقل اندازه آن‌ها 200 نانو متر باشد را دارند. در عمل، این بدان معنی است که مواد کوچکتر از 200 نانو متر به شکل یک شئ یا یک ماده مجزا نشان داده نخواهد شد و تصویر آن‌ها با تصویر مواد بزرگ‌تر ادغام خواهد شد.
در مورد میکروسکوپ الکترونی، این وضوح تصویر و توانایی نمایش مواد به صورت مجزا در اندازه‌های کم‌تر از یک نانومتر نیز امکان پذیر است. این بدین معنی است که، اشیایی که در زیر میکروسکوپ نوری حتی قابل دیدن نیستند، در زیر میکروسکوپ‌های الکترونی حتی واضح‌تر دیده می‌شوند. این به این معنی است که میکروسکوپ الکترونی قادر است تصاویر را با جزییاتی حتی بیشتر از 400 برابر جزئیاتی که میکروسکوپ نوری توانایی نشان دادن آن را دارد، ارائه دهد.
میکروسکوپ نوری توانایی بزرگ نمایی حد اکثر تا 1500 برابر را دارد، ولی معمولاً این میکروسکوپ‌ها بزرگ نمایی 1000 برابر را دارند. اگر چه این مقدار بزرگ نمایی نسبت به بزرگ نمایی یک ذره بین قابل توجه است اما باید بدانید که میکروسکوپ الکترونی توانایی دست یابی به بزرگ نمایی 250 هزار برابر را نیز دارد.

رنگ

از آن جایی که میکروسکوپ نوری از محدوده نور مرئی استفاده می‌کند، قادر به نمایش تصاویری است که محدوده رنگشان در محدوده رنگ‌های نور مرئی باشد. میکروسکوپ الکترونی وسیله‌ای برای جذب همه‌ی طول موج‌های مختلف تابشی ندارد (به عبارت دیگر طول موج مؤثر)، و در نتیجه تصاویر سیاه و سفید تولید می‌شود. به این تصاویر اغلب رنگ‌های کاذب برای وضوح بهتر داده می شود، به خصوص اگر بخواهیم که این تصاویر را برای عموم مردم منتشر کنیم.

نگرانی‌ها و مشکلات به کار گیری

با توجه به مکانیزم نسبتاً سادهای که میکروسکوپ‌های نوری (حتی نوع ترکیبی) دارند، حمل و نقل و استفاده از آن‌ها بسیار ساده است و تا زمانی که از لنزهای آن محافظت می شود دستگاه کاملاً سالم خواهد ماند. در مقابل میکروسکوپ‌های الکترونی نسبتاً بزرگتر هستند و نیاز به یک منبع تامین انرژی خاص دارند و همین امر باعث شده که استفاده از آن‌ها کمی دست و پا گیر باشد و هم چنین از میکروسکوپ‌های نوری نیز بسیار گران‌تر هستند.

محدودیت ها

جدا از محدودیت‌هایی که در بالا ذکر شد (وضوح تصویر و بزرگ نمایی برای میکروسکوپ نوری و مشکلات استفاده عملی و رنگ آمیزی مصنوعی تصاویر در میکروسکوپ الکترونی) میکروسکوپ الکترونی یک ضعف عمده دیگر نیز دارد، این که، ساختمان داخلی میکروسکوپ الکترونی باید در خلاء باشد و گر نه الکترون‌ها توسط هوا جذب می‌شود. و این باعث می‌شود که مشاهده فرآیندهای زیستی در زیر آن امکان پذیر نباشد. فرآیندهایی نظیر تقسیم سلولی به طور زنده را می‌توان در زیر میکروسکوپ نوری مشاهده کرد نه میکروسکوپ الکترونی.
همان طور که می‌بینید، مزایا و اشکالاتی در استفاده از هر دو نوع میکروسکوپ وجود دارد. با توجه ماهیت کار بردی که میکروسکوپ نوری دارد امروزه به طور معمول در بسیاری از مدارس و دانشگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. میکروسکوپ الکترونی که جزئیات و بزرگ نمایی بسیار بیش‌تری را ارائه می‌دهد و قیمت بیش‌تری نیز دارد، در آزمایشگاه‌های پیش رفته و تحقیقات سطح بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.