سوال آزمايشگاهي (ابزار آزمايشگاه)
ميكروسكوپ‌ها
تاريخچه
بعضي از وقايع مهم مربوط به ميكروسكوپ به شرح زيرند:
در سال 1655 روبرت هوگ كه يك فيزيكدان بود، اولين مشاهده‌ي ميكروسكوپي را انجام داد. وي براي اولين بار توانست بقاياي ديواره‌ي سلولهاي مرده‌ي گياهي را در برشي از چوب‌پنبه مشاهده كند. در سال 1674 آنتوني‌وان ليوون هوك. كه يك پارچه فروش بود، براي اولين بار توانست تك سلولهاي زنده (پروتوزوآ) را مشاهده كند. در سال 1683 آنتوني و آن ليوون هوگ با تكميل ميكروسكوپي كه ساخته بود، توانست باكتريها را نيز مشاهده كند. در سال 1932 اولين ميكروسكوپ الكتروني اختراع شد.
اساس كار ميكروسكوپهاي نوري
مي‌دانيم عدسي محدب از شيئ كه بين كانون F و مركز (2F) آن قرار گرفته تصويري بزرگتر، حقيقي و معكوس ايجاد مي‌كند. حال اگر اين تصوير را به وسيله‌ي عدسي محدب ديگري بزرگ كنيم يك ميكروسكوپ ابتدايي ساخته‌ايم به شرطي كه اين تصوير در فاصله‌ي كانوني عدسي دوم قرار گيرد. در اين صورت عدسي دوم تصويري بزرگتر و مجازي را ايجاد خواهد كرد.
در اين ميكروسكوپ ساده:
عدسي اول را كه در مقابل شيئ قرار مي‌گيرد عدسي شيي مي‌نامند و عدسي دوم را كه در مقابل چشم قرار مي‌گيرد، عدسي چشمي مي‌نامند.
انواع ميكروسكوپهاي نوري
الف) ميكروسكوپ نوري معمولي يا زمينه‌‌ي روشن:
1- ساختمان: يك ميكروسكوپ لوزي معمولي، از اجزاي زير ساخته شده است.
عدسي‌هاي شيئ و چشمي كه معمولاً ميكروسكوپ‌ها چند عدسي شيئ با قدرت متفاوت دارند آينه يا لامپ، كه نور را به نمونه مي‌تاباند، عدسي جمع‌كننده و يا كندانسور كه نور را درست روي نمونه متمركز مي‌كند. عدسي جمع‌كننده با كمك پيچ تنظيم كننده به بالا و پايين حركت مي‌كند تا نور به خوبي روي نمونه متمركز شود. ديافراگم كه با باز و بسته كردن آن به كمك پيچ تنظيم ديافراگم، شدت نوري را كه به نمونه مي‌رسد تنظيم مي‌كند و جايگاه نمونه كه نمونه روي آن قرار مي‌گيرد و پيچهاي تنظيم، كه فاصله‌ي جايگاه نمونه را با عدسي شيئ تنظيم مي‌كنند.
روشهاي جانبي ميكروسكوپي تثبيت. قالب‌گيري، برش‌گيري، رنگ‌آميزي.
ب) ميكروسكوپ فلورسانت:
ساختمان: در ميكروسكوپ فلورسانت نور فرابنفش به نمونه تابانده مي‌شود. مواد فلورسانت بر اثر برخورد نور به آنها مي‌درخشند و به اين ترتيب جايگاه آنها را در سلول مي‌توان تشخيص داد. حالا شايد اين سوال براي شما پيش بيايد چرا در ميكروسكوپ فلورسانت از نور فرابنفش استفاده مي‌شود؟ وقتي نور به مواد فلورسانت مي‌تابد، مواد فلورسانت بخشي از انرژي دريافتي را تابش مي‌كنند نه همه‌ي آن را. بنابراين نور تابش شده انرژي كمتر و در نتيجه طول موج بلندتري نسبت به نور جذب شده دارد. پس اگر بخواهيم نور تابش شده را ببينيم (نور مرئي) بايد نوري با انرژي بيشتر از نور مرئي به آن بتابانيم. پرتو فرابنفش چنين خاصيتي را دارد. بين منبع نور و نمونه يك فيلتر قرار دارد اين فيلتر فقط به امواج فرابنفش اجازه عبور مي‌دهد و از عبور ساير امواجي كه از منبع گسيل مي‌شوند جلوگيري مي‌كند. بين نمونه و عدسي چشمي نيز يك فيلتر قرار دارد اين فيلتر فقط به پرتوهاي تابش نشده از مواد فلورسانت اجازه‌ي عبور مي‌دهد.
ج) ميكروسكوپهاي اختلاف فاز، تداخلي و زمينه سياه:
ميكروسكوپهاي اختلاف فاز، تداخلي و زمينه سياه براي مشاهده‌ي سلول زنده به كار مي‌روند. در اين ميكروسكوپ‌ها دستگاههاي مخصوصي قرار داده شده‌آند كه مي‌توانند كنتراست نمونه را با محيط اطرافش زياد كنند و آن را بدون رنگ‌آميزي قابل تشخيص سازند.
- به ياد آوريم كه هرچه طول موج كوتاهتر باشد قدرت جداسازي ميكروسكوپ بيشتر است به همين سبب دانشمندان ميكروسكوپي ساختند كه در آن به جاي امواج نوري از امواج الكتروني استفاده مي‌شود و آن را ميكروسكوپ الكتروني ناميدند.
از نظر تئوري، حد تفكيك ميكروسكوپي الكتروني مي‌تواند حدود 002/0 نانومتر باشد يعني 10000 مرتبه كوچكتر از حد تفكيك ميكروسكوپ نوري اما در عمل، حد تفكيك مدرنترين ميكروسكوپهاي الكتروني در بهترين شرايط 1/0 نانومتر (يك آنگسترم) است. حد تفكيك ميكروسكوپ الكتروني براي نمونه‌هاي زيستي، 2/0 نانومتر است توجه داشته باشيم كه اين حد تفكيك حدود 100 برابر بهتر از بهترين ميكروسكوپهاي نوري است.
انواع ميكروسكوپهاي الكتروني
الف) ميكروسكوپ الكتروني گذاره:
اساس كار: ميكروسكوپ الكتروني گذاره بسيار بزرگتر از ميكروسكوپ نور است در اين ميكروسكوپ، برخلاف ميكروسكوپ نوري، پرتوها از بالا به پايين مي‌تابند. اما اصول كار آن مشابه به ميكروسكوپ نوري است. ميكروسكوپ الكتروني گذاره يك ستون بلند دارد و منبع پرتوهاي الكتروني در بالاي اين پيستون واقع است. پرتوهاي الكتروني بعد از عبور از نمونه، به يك فيلم عكاسي يا يك صفحه‌ي نمايش (كه از مواد فلورسانت ساخته شده) برخورد مي‌كنند و موجب تشكيل تصوير مي‌شوند. عكسهاي ميكروسكوپ الكتروني سياه و سفيدند و رنگي نيستند. زيرا برخي پرتوها از نمونه عبور نمي‌كنند و نقاط سياهرنگي را بوجود مي‌آرود.
ب) ميكروسكوپ الكتروني نگاره:
اين ميكروسكوپ تصوير 3 بعدي در اختيار ما مي‌گذارد در نتيجه مي‌توانيم شكل ظاهري نمونه را با آن ببينيم. در اين ميكروسكوپ الكترون از جسم عبور نمي‌كنند. بلكه به سطح نمونه كه قبلاً با لايه‌ي نازكي از فلز سنگين پوشيده شده است برخورد مي‌كند. در نتيجه‌ي اين برخورد الكترونهاي ديگري از سطح جسم تابش مي‌شوند. در ميكروسكوپ دستگاهي وجود دارد كه مي‌تواند الكترونهاي تابش شده از سطح نمونه را تشخيص دهد و براساس آنها تصويري 3 بعدي از نمونه ارائه دهد. قدرت جداسازي ميكروسكوپ نگاره از گذاره كمتر است.
ميكروسكوپ STM :
حد تفكيك اين ميكروسكوپ به طول موج بستگي ندارد زيرا از هيچ‌گونه امواجي جهت تاباندن به نمونه استفاده نمي‌شود و در آن هيچ نوع عدسي به كار نرفته است.
تاريخچه
بعضي از وقايع مهم مربوط به ميكروسكوپ به شرح زيرند:
در سال 1655 روبرت هوگ كه يك فيزيكدان بود، اولين مشاهده‌ي ميكروسكوپي را انجام داد. وي براي اولين بار توانست بقاياي ديواره‌ي سلولهاي مرده‌ي گياهي را در برشي از چوب‌پنبه مشاهده كند. در سال 1674 آنتوني‌وان ليوون هوك. كه يك پارچه فروش بود، براي اولين بار توانست تك سلولهاي زنده (پروتوزوآ) را مشاهده كند. در سال 1683 آنتوني و آن ليوون هوگ با تكميل ميكروسكوپي كه ساخته بود، توانست باكتريها را نيز مشاهده كند. در سال 1932 اولين ميكروسكوپ الكتروني اختراع شد.
اساس كار ميكروسكوپهاي نوري
مي‌دانيم عدسي محدب از شيئ كه بين كانون F و مركز (2F) آن قرار گرفته تصويري بزرگتر، حقيقي و معكوس ايجاد مي‌كند. حال اگر اين تصوير را به وسيله‌ي عدسي محدب ديگري بزرگ كنيم يك ميكروسكوپ ابتدايي ساخته‌ايم به شرطي كه اين تصوير در فاصله‌ي كانوني عدسي دوم قرار گيرد. در اين صورت عدسي دوم تصويري بزرگتر و مجازي را ايجاد خواهد كرد.
در اين ميكروسكوپ ساده:
عدسي اول را كه در مقابل شيئ قرار مي‌گيرد عدسي شيي مي‌نامند و عدسي دوم را كه در مقابل چشم قرار مي‌گيرد، عدسي چشمي مي‌نامند.
انواع ميكروسكوپهاي نوري
الف) ميكروسكوپ نوري معمولي يا زمينه‌‌ي روشن:
1- ساختمان: يك ميكروسكوپ لوزي معمولي، از اجزاي زير ساخته شده است.
عدسي‌هاي شيئ و چشمي كه معمولاً ميكروسكوپ‌ها چند عدسي شيئ با قدرت متفاوت دارند آينه يا لامپ، كه نور را به نمونه مي‌تاباند، عدسي جمع‌كننده و يا كندانسور كه نور را درست روي نمونه متمركز مي‌كند. عدسي جمع‌كننده با كمك پيچ تنظيم كننده به بالا و پايين حركت مي‌كند تا نور به خوبي روي نمونه متمركز شود. ديافراگم كه با باز و بسته كردن آن به كمك پيچ تنظيم ديافراگم، شدت نوري را كه به نمونه مي‌رسد تنظيم مي‌كند و جايگاه نمونه كه نمونه روي آن قرار مي‌گيرد و پيچهاي تنظيم، كه فاصله‌ي جايگاه نمونه را با عدسي شيئ تنظيم مي‌كنند.
روشهاي جانبي ميكروسكوپي تثبيت. قالب‌گيري، برش‌گيري، رنگ‌آميزي.
ب) ميكروسكوپ فلورسانت:
ساختمان: در ميكروسكوپ فلورسانت نور فرابنفش به نمونه تابانده مي‌شود. مواد فلورسانت بر اثر برخورد نور به آنها مي‌درخشند و به اين ترتيب جايگاه آنها را در سلول مي‌توان تشخيص داد. حالا شايد اين سوال براي شما پيش بيايد چرا در ميكروسكوپ فلورسانت از نور فرابنفش استفاده مي‌شود؟ وقتي نور به مواد فلورسانت مي‌تابد، مواد فلورسانت بخشي از انرژي دريافتي را تابش مي‌كنند نه همه‌ي آن را. بنابراين نور تابش شده انرژي كمتر و در نتيجه طول موج بلندتري نسبت به نور جذب شده دارد. پس اگر بخواهيم نور تابش شده را ببينيم (نور مرئي) بايد نوري با انرژي بيشتر از نور مرئي به آن بتابانيم. پرتو فرابنفش چنين خاصيتي را دارد. بين منبع نور و نمونه يك فيلتر قرار دارد اين فيلتر فقط به امواج فرابنفش اجازه عبور مي‌دهد و از عبور ساير امواجي كه از منبع گسيل مي‌شوند جلوگيري مي‌كند. بين نمونه و عدسي چشمي نيز يك فيلتر قرار دارد اين فيلتر فقط به پرتوهاي تابش نشده از مواد فلورسانت اجازه‌ي عبور مي‌دهد.
ج) ميكروسكوپهاي اختلاف فاز، تداخلي و زمينه سياه:
ميكروسكوپهاي اختلاف فاز، تداخلي و زمينه سياه براي مشاهده‌ي سلول زنده به كار مي‌روند. در اين ميكروسكوپ‌ها دستگاههاي مخصوصي قرار داده شده‌آند كه مي‌توانند كنتراست نمونه را با محيط اطرافش زياد كنند و آن را بدون رنگ‌آميزي قابل تشخيص سازند.
- به ياد آوريم كه هرچه طول موج كوتاهتر باشد قدرت جداسازي ميكروسكوپ بيشتر است به همين سبب دانشمندان ميكروسكوپي ساختند كه در آن به جاي امواج نوري از امواج الكتروني استفاده مي‌شود و آن را ميكروسكوپ الكتروني ناميدند.
از نظر تئوري، حد تفكيك ميكروسكوپي الكتروني مي‌تواند حدود 002/0 نانومتر باشد يعني 10000 مرتبه كوچكتر از حد تفكيك ميكروسكوپ نوري اما در عمل، حد تفكيك مدرنترين ميكروسكوپهاي الكتروني در بهترين شرايط 1/0 نانومتر (يك آنگسترم) است. حد تفكيك ميكروسكوپ الكتروني براي نمونه‌هاي زيستي، 2/0 نانومتر است توجه داشته باشيم كه اين حد تفكيك حدود 100 برابر بهتر از بهترين ميكروسكوپهاي نوري است.
انواع ميكروسكوپهاي الكتروني
الف) ميكروسكوپ الكتروني گذاره:
اساس كار: ميكروسكوپ الكتروني گذاره بسيار بزرگتر از ميكروسكوپ نور است در اين ميكروسكوپ، برخلاف ميكروسكوپ نوري، پرتوها از بالا به پايين مي‌تابند. اما اصول كار آن مشابه به ميكروسكوپ نوري است. ميكروسكوپ الكتروني گذاره يك ستون بلند دارد و منبع پرتوهاي الكتروني در بالاي اين پيستون واقع است. پرتوهاي الكتروني بعد از عبور از نمونه، به يك فيلم عكاسي يا يك صفحه‌ي نمايش (كه از مواد فلورسانت ساخته شده) برخورد مي‌كنند و موجب تشكيل تصوير مي‌شوند. عكسهاي ميكروسكوپ الكتروني سياه و سفيدند و رنگي نيستند. زيرا برخي پرتوها از نمونه عبور نمي‌كنند و نقاط سياهرنگي را بوجود مي‌آرود.
ب) ميكروسكوپ الكتروني نگاره:
اين ميكروسكوپ تصوير 3 بعدي در اختيار ما مي‌گذارد در نتيجه مي‌توانيم شكل ظاهري نمونه را با آن ببينيم. در اين ميكروسكوپ الكترون از جسم عبور نمي‌كنند. بلكه به سطح نمونه كه قبلاً با لايه‌ي نازكي از فلز سنگين پوشيده شده است برخورد مي‌كند. در نتيجه‌ي اين برخورد الكترونهاي ديگري از سطح جسم تابش مي‌شوند. در ميكروسكوپ دستگاهي وجود دارد كه مي‌تواند الكترونهاي تابش شده از سطح نمونه را تشخيص دهد و براساس آنها تصويري 3 بعدي از نمونه ارائه دهد. قدرت جداسازي ميكروسكوپ نگاره از گذاره كمتر است.
ميكروسكوپ STM :
حد تفكيك اين ميكروسكوپ به طول موج بستگي ندارد زيرا از هيچ‌گونه امواجي جهت تاباندن به نمونه استفاده نمي‌شود و در آن هيچ نوع عدسي به كار نرفته است.