تحقیق مقاله میکروسکوپ ها

میکروسکوپ ها

دید کلی

انسان از ابتدای تاریخ ، روشهای بزرگ نشان دادن اشیا را برای دریافت اطلاعات بیشتر درباره آنها مورد بررسی قرار داد، اما در این راه پیشرفت زیادی نداشت. تا اینکه بعضی از شیشه های دوربین را کشف کرد و به مدد آنها توانست اشیا کوچک را بزرگ کند و به مطالعه آنها بپردازد. متجاوز از دو هزار سال قبل رومیها دریافتند که شیشه مدور می تواند اشعه خورشید را در یک نقطه متمرکز سازد. اما تا سال 1500 میلادی ، که مردم از قدرت بزرگنمایی دوربین آگاه شدند و آن را برای مطالعه گیاهان و حیوانات بکار بردند، از این پدیده استفاده نشد.

مخترعین اولیه

در اوایل قرن هفدهم ، چندین نفر از دانشمندان میکروسکوپ‌های ساده‌ای ساختند. اما این میکروسکوپ ها دقیق نبودند و از لحاظ اندازه ، شکل مطلوبی نداشتند. در این ایام سه تن به نامهای «آنتون فن» ، «لیونهاک» و «هابر جانسن» سازنده عینک در استفاده از میکروسکوپ پیشقدم شدند.
لیونهاک یکی از اولین مخترعینی بود که مشاهدات خود را در زیر میکروسکوپ ثبت کرد و یادداشتهای دقیقی تهیه نمود. او حیوانات ریز و کوچک استخر را برای مطالعه زیر میکروسکوپ قرار می داد. در موزه میلدبرگ در هلند یکی از میکروسکوپ های اولیه نگاهداری می شود که احتمالا بوسیله این دانشمندان ساخته شده است.

ساختمان و معایب میکروسکوپ های اولیه

میکروسکوپ های اولیه از لحاظ ساختمان کاملا ساده بودند و از دو عدسی و دو لوله متحرک تشکیل می شدند. برای درشت کردن شی و تنظیم میکروسکوپ ساده ، لوله ها را به داخل و خارج حرکت می دادند و فقط اشیا غیر شفاف می توانست در این میکروسکوپ ها آزمایش شود.

در اواخر سال 1600 یک صنعتگر ایتالیایی به نام «کام پانی» ، میکروسکوپی برای مشاهده نمونه های شفاف ساخت. تصویر میکروسکوپ های اولیه واضح نبود ، استفاده از روغن چراغ برای روشن نمودن و نشان دادن نمونه های آزمایش نیز وضع را بدتر می کرد.

در انگلستان «رابرت هوک» ، دانشمند معروف کوشش کرد عدسیهای بهتری بسازد. اما محصول کار او ناامید کننده بود. در این زمان مشاهدات ریز میکروسکوپ از لحاظ علمی حائز اهمیت گردید. زیرا عامل بیماری به قدری ریز است که با چشم غیر مسلح نمی توان آن را دید.

سیر تحولی میکروسکوپ

در سال 1700 ، «جان مارشال» و دیگر سازندگان میکروسکوپ ، پیشرفت زیادی را در طرح های مکانیکی بوجود آوردند، اما در فرمهای عدسی پیشرفت کمی حاصل شد. به هر حال در سال 1800، دستگاههای چشمی تا حد زیادی پیشرفت یافتند. در این حال بالاترین مقام در علم میکروسکوپی حادث گردید. سازندگان عدسی ها قبل از سال 1800 نمی توانستند لنزهایی بسازند که نور را منکسر کنند و رنگها را تجزیه نمایند. این پدیده معروف به انحراف کروماتیک گردید. در این دستگاه همیشه رنگ و تصویر ، تار نشان داده می شد و اگر یک رنگ در کانون بود ، رنگهای دیگر وجود نداشتند.
یک حقوقدان انگلیسی به نام «چستر مور» ، عدسیهای کاملی در اوایل قرن نوزدهم تولید نمود، ولی تا سال 1830، که عدسی های کامل و بهتر میکروسکوپی معروف به لنزهای کروماتیک ساخته شدند ، از این عدسی استفاده نگردید. نقص دیگر این عدسیها ، انحراف دورانی بود که تصویر را تار می ساخت. در سال 1886 «ارنست آبه» ، به کمک «کارل زیز» در آلمان ، عدسی هایی به نام ایوکروماتیک ساختند که این نقص را مرتفع می کرد. لذا از اوایل سال ،1800 میکروسکوپ به صورت دستگاههای ریزبین امروزی درآمد، اما می بایست تغییراتی در این دستگاه بوجود آید تا شی مورد آزمایش به وضوح دیده شود.

پیشرفتهای میکروسکوپ

در سال 1893 «آگوست کوهلر» ، دستگاه نورافکن را اختراع کرد که امروزه هنوز از آن استفاده می شود. در سال 1900 میکروسکوپ اساسا کمی تغییر کرد. لوله های میکروسکوپ را با پیچ کردن دستگاه ، برای اندازه بزرگنمایی شی تنظیم کردند.

پیشرفت مهم دیگری که در میکروسکوپ حاصل گردید، این بود که توانستند آن را روی پایه ای نصب کنند تا کاملا بتوانند صفحه زیر آن را با شی بزرگ شده ببینند. مزیت این دستگاه در آن است که می توان صفحه دید را به طور مداوم در حالت افقی دید.

در سال 1935 «فریتز زرینگ» ، میکروسکوپی ساخت که می توانست نمونه تاریک و نامشخص شی مورد آزمایش را با آن مشاهده کند.

آخرین پیشرفت میکروسکوپ مربوط است به تهیه دستگاه تنویر و جعبه میکروسکوپ که می توان آن را کنترل نموده و محفوظ داشت و از آن به خوبی استفاده نمود.

موارد استفاده از میکروسکوپ

با پیشرفت علم ، استفاده از میکروسکوپ هم بیشتر شد. امروزه در بیمارستانها ، کارخانجات ، سازمانهای تحقیقی ، آموزش و پرورش ، دانشگاهها و آزمایشگاهها از میکروسکوپ استفاده می شود.

آسیب شناسان از میکروسکوپ به منظور کمک به تشخیص برای درمان بیماریها استفاده می کنند. حتی جراح از میکروسکوپ ویژه ای برای اعمال ظریف جراحی (جراحی گوش و چشم و ...) استفاده می کند.

از میکروسکوپ در آزمایشگاهها درباره موضوعات گوناگون از گیاه شناسی گرفته تا فلز شناسی برای مطالعه استفاده می گردد. در امور صنعتی و هنری و الکترونیک ، میکروسکوپ را به کار می گیرند.

در آموزش و پرورش و دانشگاهها استفاده از میکروسکوپ ضروری است و پیشرفت مداوم در علم و تکنولوژی ، استفاده بیشتر از این دستگاه علمی را ضروری می نماید.

میکروسکوپ الکترونی عبوری

در طی دو دهه گذشته روش قدرتمندی در اختیار متالوژیست ها قرار گرفته است و آن استفاده از میکروسکوپ الکترونی برای مطالعه ساختار داخلی لایه ها یا فیلم های نازک بلورین می باشد ضخامت این لایه های نازک در حد چند صد نانومتر است و می توان آن ها را از روی نمونه های اولیه تهیه کرد ولتاژی که میکروسکوپ با آن کار می کند این ضخامت را تعیین می کند

ولتاژ میکروسکوپ های معمولی بین 100 تا 400 کیلو ولت بوده و الکترون هایی که در این ولتاژ شتاب می گیرند اگر ضخامت ورقه نازک از حد تعیین شده بیشتر نباشد میتوانند تصویر قابل قبولی از آن ایجاد کنند از طرف دیگر اگر ضخامت ورقه نازک کمتر از این حد باشد اطلاعات مفیدی از طبیعت ساختار فلز نخواهد داد دستگاه هایی تولید شده اند که در ولتاژ های بسیار بیشتری عمل می کنند از مرتبه یک میلیون ولت که در آن ها ضخامت ورقه را می  توان به نسبت بیشتر گرفت ولی 

در طی دو دهه گذشته روش قدرتمندی در اختیار متالوژیست ها قرار گرفته است و آن استفاده از میکروسکوپ الکترونی برای مطالعه ساختار داخلی لایه ها یا فیلم های نازک بلورین می باشد ضخامت این لایه های نازک در حد چند صد نانومتر است و می توان آن ها را از روی نمونه های اولیه تهیه کرد ولتاژی که میکروسکوپ با آن کار می کند این ضخامت را تعیین می کند ولتاژ میکروسکوپ های معمولی بین 100 تا 400 کیلو ولت بوده و الکترون هایی که در این ولتاژ شتاب می گیرند اگر ضخامت ورقه نازک از حد تعیین شده بیشتر نباشد میتوانند تصویر قابل قبولی از آن ایجاد کنند از طرف دیگر اگر ضخامت ورقه نازک کمتر از این حد باشد اطلاعات مفیدی از طبیعت ساختار فلز نخواهد داد دستگاه هایی تولید شده اند که در ولتاژ های بسیار بیشتری عمل می کنند از مرتبه یک میلیون ولت که در آن ها ضخامت ورقه را می  توان به نسبت بیشتر گرفت ولی قیمت این تجهیزات نیز بسیار بالاتر بوده و تعداد اندکی از آن ها در حال حاضر مورد استفاده قرار هستند روش ساخت نمونه ورقه ای شکل مورد استفاده در میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)در این جا اشاره ای به روش ساخت نمونه ورقه ای شکل مورد استفاده در میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) می کنیم این ورقه ابتدا برشی نازک از فلز مورد آزمایش است دقت بسیاری باید اعمال شودتا نمونه در حین تولید تغییر شکل ندهد چرا که تغییر شکل پلاستیک ایجاد ساختاری ناخواسته در ساختار مورد تحلیل خواهد شد یک ماشین مناسب برای تولید نمونه هایی با حداقل اعوجاج ماشین قوسی بوده که مخصوص تولید برش های نازک از فلز است دراین ماشین تخلیه الکتریکی بین یک سیم و نمونه ایجاد می شود و به این ترتیب سیم در داخل نمونه پیش می رود ودرمسیر خود ذرات ریزی از فلز را جدا می کند بدین ترتیب ورقه های نازکی ایجاد می شود که مناطق نزدیک به سطوح برش خورده در آن ها به شدت تغییر شکل داده اند این مناطق تغییر شکل داده بوسیله پرداخت شیمیایی یا الکتروشیمیایی برداشته می شوند مقطع معمولی  که از این روش ماشینکاری قوسی به دست می آید ضخامتی در حد 200 میکرومتر دارد این ضخامت نسبت به اشعه الکترونی در (TEM)کدر بوده و بنابر این لازم است که ضخامت نمونه بوسیله روش های شیمیایی ، الکتروشیمیایی یا ماشینکاری یونی به مقادیر مناسب یعنی چند صد نانومتر رسانده شود جزئیات این روش ها در کتب استاندارد مربوط به میکروسکپ الکترونی یافت می شود در میکروسکوپ الکترونی عبوری جزئیات تصویر به وسیله تفرق الکترون ها توسط صفحات بلور شناسی نمونه ی مورد آزمایش ایجاد می شود میکروسکوپ الکترونی از بسیاری جهات شبیه میکروسکوپ نوری است منبع به جای فیلامان نوری عبارت است از یک تفنگ الکترونی جنس آن از جنس آهن ربا هستند که قاعدتا از یک سیم پیچ حاوی جریان که در درون محفظه از جنس آهن نرم قرار دارد تشکیل شده اند انرژی عدسی ها از جریان مستقیم تامین می شود یک توضیح عالی و با زبانی ساده از میکروسکوپ الکترونی در جلد 9 هند بوک فلزات آورده شده است در حال حاضر ما روی بخشی از میکروسکوپ الکترونی بحث می کنیم که شامل نمونه عدسی های شیئی است پرتو الکترونی از بالا وارد نمونه می شود این پرتو از تفنگ الکترونی سرچشمه گرفته و قبل از رسیدن به نمونه از عدسی های متمرکز کننده عبور می کند پرتو بعد از عبور از نمونه از بین قسمت انتهایی عدسی شیئی می گذرد بفاصله کوتاهی بعد از این عدسی اشعه ها در یک نقطه در روی همگرا می شوند این نقطه معادل یک تصویر از منبع خواهد بود در زیر این نقطه تصویر نمونه روی صفحه تشکیل می شود چنین تصاویر دو گانه ای در میکروسکپ های ساده نوری نیز مشاهده می شود که می توان تصاویر منبع نوری را در یک مکان و تصاویر کاذب یا سایر اشیاء را در مکان دیگر ایجاد کرداز آن جایی که تشکیل تصویر از میکروسکپ الکترونی عبوری بستگی به تفرق الکترون ها دارد بنابراین لازم است که در مورد اصول اولیه این نوع تفرق دقت بیشتری صورت گیرد همانطور که در گفته خواهد شد الکترون ها علاوه بر خصوصیات مختلف سایر اجزا مادی دارای خواص موجی نیز هستند نشان داده می شود که طول موج یک الکترون به سرعت آن بستگی دارد طول موج یک الکترون نسبت عکس با سرعت آن دارد سرعت بیشتر باعث ایجاد طول موجی کوتاه تر می شود مطالبی که می شود برای بهتر آشنا شدن با نحوه کار این میکروسکوپ شما می توانید بر روی مباحث زیر تحقیق و مطالعه کنید اندرکنش بین پرتو الکترونی و یک نمونه فلزی پخش شدن الاستیک پخش شدن غیر الاستیک طیف الکترونی ادامه این مطلب با شما

آشنایی با میکروسکوپ‌

نگریستن به دنیای ریزتر ها و بسیار بزرگترها از آرمانهای بشر گذشته بوده است. حواس ما تنها توانایی درک دامنه کوچکی از گستره هستی را دارد. همان طور که فقط می توانیم بخش کوچکی از طول موج های نوری را ببینیم. کشف میکروسکوپ برای مشاهده دنیای ریزترها، انقلابی در دنیای زیست شناسی به وجود آورد و نگاه ما را به جهان زیبایمان متفاوت ساخت. سر سلسله های موجودات زنده از محدود بودن به گیاه و جانور، به 5 فرمانرو گسترش یافت و علت بسیاری از بیماری ها را شناختیم. شاید بد نباشد به عنوان علاقه مند به دانش زیست شناسی با میکروسکوپ ها بیشتر آشنا شویم.

میکروسکوپ از دو واژه میکرو( ریز ) و (سکوپ)  مشاهده تشکیل شده است. می توانیم به جای میکروسکوپ واژه `ریزبین` را هم به کار ببریم.

تاریخچه

در سال 1655 رابرت هوگ که یک فیزیکدان انگلیسی بود، اولین نگرش میکروسکوپی را انجام داد. هوک که 29 سال سن داشت به کمک اولین میکروسکوپ خود توانست بقایای دیواره‌ سلولهای مرده‌ گیاهی را در برشی از چوب‌پنبه پوست درخت بلوط مشاهده کند. وی از آنچه دیده بود نقاشی هایی رارسم کرد و به علت شباهت اتاقک های کوچکی که در بافت چوب پنبه با لانه زنبور دیده بود، نام این اتاقک ها را سلول گذاشت. اما هوک در آن زمان نمیدانست که درون این اطاقک ها، ماده زنده ای که امروزه آن را پرتوپلاسم می نامیم وجود داشته است. هوک علاوه بر مشاهده چوب پنبه، اجزاء دیگری از موجودات مثل بال حشرات و چشم مرکب زنبور را هم بررسی کرده بود و نتیجه مشاهدات خود را در کتابی به نام `ذره نگاری` به چاب رساند.

اما حدود 20 سال بعد و در سال 1674 آنتونی‌وان لیوون هوک. که یک پارچه فروش هلندی بود، برای اولین بار توانست به کمک میکروسکوپ دست ساز خود، تک سلولهای زنده (آغازیان جانور مانند یا پروتوزوآها) را ببیند . در سال 1683 هوگ با تکمیل میکروسکوپی که ساخته بود، توانست دنیای باکتریها را نیز کشف کند. ساختار میکروسکوپ ها به آهستگی دست خوش دگرگونی هیی قرار گرفت و قدرت تفکیک آنها بهتر شد. اما ذات انسان از محدودیت بیذار است. میکروسکوپ های معمولی قدرت بزرگنمایی تا حدود 1500 برابر دارند. اما اگر می توانستیم دنیای ریزتر از این را هم ببینیم چقدر بهتر بود. این رویا در سال 1932 با ساخت اولین میکروسکوپ الکترونی به واقعیت پیوست.