مصطلح "مجهر" له جذور يونانية. يتكون من كلمتين ، والتي تعني في الترجمة "صغير" و "مظهر". يتمثل الدور الرئيسي للمجهر في استخدامه عند فحص الأشياء الصغيرة جدًا. في نفس الوقت ، يسمح لك هذا الجهاز بتحديد الحجم والشكل والبنية والخصائص الأخرى للأجسام غير المرئية بالعين المجردة.
تاريخ الخلق
لا توجد معلومات دقيقة حول من كان مخترع المجهر في التاريخ. وفقًا لبعض المصادر ، تم تصميمه في عام 1590 من قبل والد وابن يانسن ، وهو سيد في صناعة الزجاج. المنافس الآخر على لقب مخترع المجهر هو جاليليو جاليلي. في عام 1609 ، قدم هذا العالم جهازًا به عدسات مقعرة ومحدبة للجمهور في Accademia dei Lincei.
على مر السنين ، تطور وتحسن نظام عرض الأشياء المجهرية. تمثلت خطوة كبيرة في تاريخها في اختراع جهاز بسيط ثنائي العدسة قابل للضبط اللوني. تم تقديم هذا النظام من قبل الهولندي كريستيان هويجنز في أواخر القرن السابع عشر. عدسات هذا المخترعقيد الإنتاج اليوم. عيبهم الوحيد هو عدم كفاية اتساع مجال الرؤية. بالإضافة إلى ذلك ، بالمقارنة مع الأجهزة الحديثة ، فإن عدسات Huygens لها وضع غير مريح للعيون.
تم تقديم مساهمة خاصة في تاريخ المجهر من قبل الشركة المصنعة لمثل هذه الأدوات Anton Van Leeuwenhoek (1632-1723). كان هو الذي لفت انتباه علماء الأحياء إلى هذا الجهاز. صنعت شركة Leeuwenhoek منتجات صغيرة الحجم مزودة بعدسة واحدة ، لكنها قوية جدًا. كان من غير الملائم استخدام مثل هذه الأجهزة ، لكنها لم تضاعف عيوب الصورة التي كانت موجودة في المجاهر المركبة. لم يتمكن المخترعون من تصحيح هذا النقص إلا بعد 150 عامًا. إلى جانب تطور البصريات ، تحسنت جودة الصورة في الأجهزة المركبة.
يستمر تحسين المجاهر اليوم. لذلك ، في عام 2006 ، قام علماء ألمان يعملون في معهد الكيمياء الفيزيائية الحيوية ، ماريانو بوسي وستيفان هيل ، بتطوير أحدث مجهر ضوئي. نظرًا لقدرته على مراقبة الأشياء بأبعاد 10 نانومتر وصور ثلاثية الأبعاد عالية الجودة ثلاثية الأبعاد ، فقد أطلق على الجهاز اسم منظار النانو.
تصنيف المجاهر
في الوقت الحاضر ، هناك مجموعة متنوعة من الأدوات المصممة لفحص الأشياء الصغيرة. يعتمد تجميعهم على معايير مختلفة. قد يكون هذا هو الغرض من المجهر أو طريقة الإضاءة المعتمدة ، والبنية المستخدمة في التصميم البصري ، وما إلى ذلك.
لكن كقاعدة عامة الأنواع الرئيسية من المجاهريتم تصنيفها وفقًا لدقة الجسيمات الدقيقة التي يمكن رؤيتها باستخدام هذا النظام. وفقًا لهذا التقسيم ، فإن المجاهر هي:
- بصري (ضوئي) ؛
- إلكتروني ؛
-أشعة سينية ؛- مسبار المسح.
المجاهر الأكثر استخدامًا هي من النوع الخفيف. اختيارهم الواسع متاح في متاجر البصريات. بمساعدة هذه الأجهزة ، يتم حل المهام الرئيسية لدراسة كائن ما. يتم تصنيف جميع أنواع المجاهر الأخرى على أنها متخصصة. يتم استخدامها عادة في المختبر.
لكل نوع من أنواع الأجهزة المذكورة أعلاه سلالاته الفرعية ، والتي تُستخدم في منطقة معينة. بالإضافة إلى ذلك ، من الممكن اليوم شراء مجهر مدرسي (أو تعليمي) ، وهو نظام للمبتدئين. تقدم للمستهلكين والأجهزة المهنية.
التطبيق
ما هو المجهر؟ تتمتع العين البشرية ، باعتبارها نظامًا بصريًا من النوع البيولوجي الخاص ، بمستوى معين من الدقة. بمعنى آخر ، هناك أصغر مسافة بين الأشياء المرصودة عندما لا يزال من الممكن تمييزها. بالنسبة للعين العادية ، تكون هذه الدقة في حدود 0.176 مم. لكن أبعاد معظم الخلايا الحيوانية والنباتية والكائنات الحية الدقيقة والبلورات والبنية الدقيقة للسبائك والمعادن وما إلى ذلك أصغر بكثير من هذه القيمة. كيف تدرس وتراقب هذه الأشياء؟ هذا هو المكان الذي تأتي فيه أنواع مختلفة من المجاهر لمساعدة الناس. على سبيل المثال ، تتيح أجهزة الكتابة الضوئية إمكانية التمييز بين الهياكل التي تكون فيها المسافةبين العناصر بحد أدنى 0.20 ميكرومتر.
كيف يعمل المجهر؟
يحتوي الجهاز ، الذي يمكّن العين البشرية من فحص الأشياء المجهرية ، على عنصرين رئيسيين. هم العدسة والعينية. هذه الأجزاء من المجهر مثبتة في أنبوب متحرك يقع على قاعدة معدنية. كما أن لديها جدول موضوع.
عادة ما تكون الأنواع الحديثة من المجاهر مجهزة بنظام إضاءة. هذا ، على وجه الخصوص ، مكثف له غشاء قزحية. مجموعة إلزامية من أجهزة التكبير هي مسامير صغيرة وكبيرة ، والتي تعمل على ضبط الحدة. يوفر تصميم المجاهر أيضًا وجود نظام يتحكم في موضع المكثف.
في المجاهر المتخصصة الأكثر تعقيدًا ، غالبًا ما يتم استخدام أنظمة وأجهزة إضافية أخرى.
عدسات
أود أن أبدأ وصف المجهر بقصة حول أحد أجزائه الرئيسية ، أي من العدسة. إنها نظام بصري معقد يزيد من حجم الكائن المعني في مستوى الصورة. يتضمن تصميم العدسات نظامًا كاملاً ليس فقط منفردة ، بل يشمل أيضًا عدستين أو ثلاث عدسات.
يعتمد تعقيد مثل هذا التصميم الميكانيكي البصري على نطاق المهام التي يجب حلها بواسطة جهاز أو آخر. على سبيل المثال ، يحتوي أكثر المجهر تعقيدًا على ما يصل إلى أربع عشرة عدسة.
مدرج في العدسةهي الجزء الأمامي والأنظمة التي تتبعه. ما هو أساس بناء الصورة بالجودة المرغوبة وكذلك تحديد حالة التشغيل؟ هذه عدسة أمامية أو نظامهم. الأجزاء اللاحقة من العدسة مطلوبة لتوفير التكبير والبعد البؤري وجودة الصورة المطلوبة. ومع ذلك ، فإن تنفيذ هذه الوظائف ممكن فقط بالاقتران مع العدسة الأمامية. الجدير بالذكر أن تصميم الجزء التالي يؤثر على طول الأنبوب وارتفاع عدسة الجهاز.
العدسات
هذه الأجزاء من المجهر هي نظام بصري مصمم لبناء الصورة المجهرية اللازمة على سطح شبكية عين المشاهد. العدسات تحتوي على مجموعتين من العدسات. الأقرب إلى عين الباحث يسمى العين ، والبعد يسمى المجال (بمساعدتها العدسة تبني صورة الشيء قيد الدراسة).
نظام الإضاءة
يتميز المجهر بتصميم معقد من الأغشية والمرايا والعدسات. بفضل مساعدتها ، يتم ضمان الإضاءة الموحدة للكائن قيد الدراسة. في أقدم المجاهر ، تم تنفيذ هذه الوظيفة بواسطة مصادر الضوء الطبيعي. مع تحسن الأجهزة البصرية ، بدأوا في استخدام المرايا المسطحة الأولى ثم المرآة المقعرة.
بمساعدة مثل هذه التفاصيل البسيطة ، تم توجيه أشعة الشمس أو المصباح إلى موضوع الدراسة. في المجاهر الحديثة ، يكون نظام الإضاءة أكثر كمالا. يتكون من مكثف ومجمع.
جدول الموضوع
الاستعدادات المجهرية التي تتطلب الدراسة ،توضع على سطح مستو. هذا هو جدول الموضوع. يمكن أن يكون هذا السطح لأنواع مختلفة من المجاهر مصمم بطريقة تجعل موضوع الدراسة يدور في مجال رؤية المراقب أفقياً أو رأسياً أو بزاوية معينة.
مبدأ العملية
في الجهاز البصري الأول ، قدم نظام العدسة صورة معكوسة للأجسام الدقيقة. هذا جعل من الممكن رؤية بنية المادة وأصغر التفاصيل التي كان من المقرر دراستها. يشبه مبدأ تشغيل المجهر الضوئي اليوم العمل الذي يقوم به التلسكوب المنكسر. في هذا الجهاز ، ينكسر الضوء أثناء مروره عبر الجزء الزجاجي.
كيف تتضخم مجاهر الضوء الحديثة؟ بعد دخول شعاع من أشعة الضوء إلى الجهاز ، يتم تحويلها إلى تيار موازٍ. عندها فقط يحدث انكسار الضوء في العدسة ، مما يؤدي إلى زيادة صورة الأجسام المجهرية. علاوة على ذلك ، يتم إدخال هذه المعلومات بالشكل اللازم للمراقب في محلله البصري.
نوع فرعي من المجاهر الضوئية
يتم تصنيف الأدوات البصرية الحديثة:
1. وفقًا لفئة التعقيد في مجهر البحث والعمل والمدرسة
2. حسب مجال التطبيق للجراحية والبيولوجية والتقنية
3. حسب أنواع الفحص المجهري لأجهزة الضوء المنعكس والمنقول ، وملامسة الطور ، والإنارة ، والاستقطاب.4. في اتجاه تدفق الضوء إلى مقلوب ومباشر.
المجاهر الإلكترونية
بمرور الوقت ، أصبح الجهاز المصمم لفحص الأشياء المجهرية أكثر وأكثر كمالا. ظهرت هذه الأنواع من المجاهر التي تم فيها استخدام مبدأ مختلف تمامًا للعملية ، بغض النظر عن انكسار الضوء. في عملية استخدام أحدث أنواع الأجهزة ، شاركت الإلكترونات. مثل هذه الأنظمة تجعل من الممكن رؤية أجزاء فردية من المادة صغيرة جدًا بحيث تتدفق أشعة الضوء حولها.
ما هو استخدام المجهر الإلكتروني؟ يتم استخدامه لدراسة بنية الخلايا على المستويات الجزيئية وتحت الخلوية. أيضا ، يتم استخدام أجهزة مماثلة لدراسة الفيروسات.
تصميم المجاهر الإلكترونية
ما الذي يقوم عليه تشغيل أحدث الأدوات لعرض الأشياء المجهرية؟ كيف يختلف المجهر الإلكتروني عن المجهر الضوئي؟ وهل هناك تشابه بينهما؟
يعتمد مبدأ تشغيل المجهر الإلكتروني على الخصائص التي تمتلكها المجالات الكهربائية والمغناطيسية. التناظر الدوراني الخاص بهم قادر على أن يكون له تأثير التركيز على الحزم الإلكترونية. بناءً على ذلك ، يمكننا الإجابة على السؤال: "كيف يختلف المجهر الإلكتروني عن المجهر الضوئي؟" في ذلك ، على عكس الجهاز البصري ، لا توجد عدسات. يتم لعب دورهم من خلال المجالات المغناطيسية والكهربائية المحسوبة بشكل مناسب. يتم إنشاؤها عن طريق لفات لفائف يمر من خلالها التيار. في هذه الحالة ، تعمل مثل هذه الحقول كعدسة متقاربة. عندما يزيد التيار أو ينقص ، يتغير الطول البؤري.مسافة الصك
بالنسبة إلى مخطط الدائرة ، فإن المجهر الإلكتروني يشبه الرسم التخطيطي لجهاز الضوء. والفرق الوحيد هو أن العناصر الضوئية تستبدل بعناصر كهربائية مشابهة لها.
يحدث تكبير كائن في المجاهر الإلكترونية بسبب عملية انكسار شعاع من الضوء يمر عبر الكائن قيد الدراسة. في زوايا مختلفة ، تدخل الأشعة مستوى العدسة الشيئية ، حيث يتم إجراء التكبير الأول للعينة. ثم تمرر الإلكترونات الطريق إلى العدسة الوسيطة. يوجد فيه تغيير سلس في الزيادة في حجم الكائن. يتم إعطاء الصورة النهائية للمادة المدروسة بواسطة عدسة الإسقاط. منه تسقط الصورة على شاشة الفلورسنت
أنواع المجاهر الإلكترونية
تشمل الأنواع الحديثة من المكبرات:
1. TEM ، أو مجهر إلكتروني ناقل. في هذا الإعداد ، يتم تكوين صورة لجسم رفيع جدًا ، يصل سمكه إلى 0.1 ميكرومتر ، عن طريق تفاعل شعاع الإلكترون مع المادة قيد الدراسة والتكبير اللاحق بواسطة العدسات المغناطيسية في الهدف.
2. SEM ، أو المجهر الإلكتروني الماسح. يتيح مثل هذا الجهاز الحصول على صورة لسطح كائن بدقة عالية تصل إلى عدة نانومترات. عند استخدام طرق إضافية ، يوفر هذا المجهر معلومات تساعد في تحديد التركيب الكيميائي للطبقات القريبة من السطح.3. المجهر الإلكتروني الماسح النفقي ، أو STM. باستخدام هذا الجهاز ، يتم إراحة الأسطح الموصلة ذات المساحة المكانية العاليةإذن. في عملية العمل مع STM ، يتم إحضار إبرة معدنية حادة إلى الكائن قيد الدراسة. في الوقت نفسه ، يتم الحفاظ على مسافة قليلة فقط من الأنجستروم. بعد ذلك ، يتم تطبيق جهد صغير على الإبرة ، بسبب ظهور تيار نفق. في هذه الحالة ، يتلقى المراقب صورة ثلاثية الأبعاد للكائن قيد الدراسة.
مجاهر Leuwenhoek
في عام 2002 ظهرت في أمريكا شركة جديدة تنتج أدوات بصرية. تشمل مجموعة منتجاتها المجاهر والتلسكوبات والمناظير. كل هذه الاجهزة تتميز بجودة صورة عالية
يقع المكتب الرئيسي وقسم التطوير للشركة في الولايات المتحدة ، في مدينة فريموند (كاليفورنيا). ولكن بالنسبة لمرافق الإنتاج ، فهي موجودة في الصين. بفضل كل هذا ، تقدم الشركة منتجات متطورة وعالية الجودة إلى السوق بسعر مناسب.
هل تحتاجين مجهر؟ سوف يقترح Levenhuk الخيار المطلوب. يشمل نطاق المعدات البصرية للشركة أجهزة رقمية وبيولوجية لتكبير الكائن قيد الدراسة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تقديم نماذج ومصمم للمشتري ، بألوان متنوعة.
مجهر Levenhuk له وظائف واسعة النطاق. على سبيل المثال ، يمكن توصيل جهاز تدريب للمبتدئين بجهاز كمبيوتر ويمكنه أيضًا التقاط فيديو للبحث الجاري. تم تجهيز طراز Levenhuk D2L بهذه الوظيفة.
تقدم الشركة مجاهر بيولوجية بمستويات مختلفة. هذه نماذج أبسط ومستجدات ،مناسبة للمحترفين.
