الهيكل والأجزاء الرئيسية للمجهر الضوئي. المجهر كنظام بصري الغرض من المجهر الضوئي

كما تعلم، يتلقى الشخص الجزء الأكبر من المعلومات حول العالم من حوله من خلال الرؤية. العين البشرية هي جهاز معقد ومثالي. يعمل هذا الجهاز الذي صنعته الطبيعة بالضوء - الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يتراوح طول موجته بين 400 و 760 نانومتر. يتغير اللون الذي يراه الشخص من اللون الأرجواني إلى اللون الأحمر.

تتفاعل الموجات الكهرومغناطيسية المقابلة للضوء المرئي مع الأغلفة الإلكترونية للذرات والجزيئات الموجودة في العين. تعتمد نتيجة هذا التفاعل على حالة الإلكترونات الموجودة في هذه الأغلفة. يمكن أن يمتص الضوء أو ينعكس أو ينتشر. ما حدث بالضبط للضوء يمكن أن يكشف الكثير عن الذرات والجزيئات التي تفاعل معها. يتراوح نطاق أحجام الذرات والجزيئات من 0.1 إلى عشرات النانومترات. وهذا أقصر بعدة مرات من الطول الموجي للضوء. ومع ذلك، فإن الأجسام بهذا الحجم تحديدًا - دعنا نسميها كائنات نانوية - من المهم جدًا رؤيتها. ما الذي يجب القيام به لهذا؟ دعونا أولاً نناقش ما يمكن أن تراه العين البشرية.

عادة، عند الحديث عن دقة جهاز بصري معين، فإنهم يعملون بمفهومين. أحدهما هو الدقة الزاوية والآخر هو الدقة الخطية. هذه المفاهيم مترابطة. على سبيل المثال، بالنسبة للعين البشرية، تبلغ الدقة الزاوية حوالي دقيقة قوسية واحدة. في هذه الحالة، لا تستطيع العين تمييز جسمين نقطيين يقعان على بعد 25-30 سم منها إلا عندما تكون المسافة بين هذين الجسمين أكثر من 0.075 مم. وهذا مشابه تمامًا لدقة الماسح الضوئي التقليدي للكمبيوتر. في الواقع، دقة 600 نقطة في البوصة تعني أن الماسح الضوئي يمكنه تمييز النقاط التي تفصل بينها مسافة 0.042 مم.

من أجل أن تكون قادرا على التمييز بين الأشياء الموجودة على مسافات أصغر من بعضها البعض، تم اختراع مجهر بصري - جهاز يزيد من دقة العين. تبدو هذه الأجهزة مختلفة (كما يتبين من الشكل 1)، ولكن مبدأ تشغيلها هو نفسه. جعل المجهر الضوئي من الممكن دفع حد الدقة إلى أجزاء من الميكرون. منذ 100 عام مضت، أتاح الفحص المجهري الضوئي دراسة الأجسام ذات الحجم الميكروني. ومع ذلك، في الوقت نفسه، أصبح من الواضح أنه من المستحيل تحقيق زيادة أخرى في الدقة بمجرد زيادة عدد العدسات وتحسين جودتها. وتبين أن دقة المجهر الضوئي محدودة بخصائص الضوء نفسه، أي طبيعته الموجية.

وفي نهاية القرن قبل الماضي ثبت أن دقة المجهر الضوئي هي . في هذه الصيغة، α هو الطول الموجي للضوء، و نخطيئة ش- الفتحة العددية لعدسة المجهر، والتي تميز كلاً من المجهر والمادة الموجودة بين الجسم محل الدراسة وعدسة المجهر الأقرب إليه. في الواقع، يتضمن التعبير عن الفتحة العددية معامل الانكسار نالبيئة بين الجسم والعدسة، والزاوية شبين المحور البصري للعدسة والأشعة الخارجية التي تخرج من الجسم ويمكن أن تدخل تلك العدسة. معامل انكسار الفراغ يساوي الوحدة. بالنسبة للهواء يكون هذا المؤشر قريبًا جدًا من الوحدة، وبالنسبة للماء فهو 1.33303، وبالنسبة للسوائل الخاصة المستخدمة في الفحص المجهري للحصول على أقصى دقة، نيصل إلى 1.78. مهما كانت الزاوية ش، قيمة الخطيئة شلا يمكن أن يكون أكثر من واحد. وبالتالي، فإن دقة المجهر الضوئي لا تتجاوز جزءًا من الطول الموجي للضوء.

يعتبر القرار عمومًا نصف الطول الموجي.

إن شدة الجسم ودقته وتكبيره هي أشياء مختلفة. يمكنك جعل ذلك بحيث تكون المسافة بين مراكز صور الكائنات التي تقع على بعد 10 نانومتر عن بعضها البعض 1 مم. وهذا يتوافق مع زيادة قدرها 100،000 مرة. ومع ذلك، لن يكون من الممكن التمييز بين جسم واحد أو جسمين. والحقيقة هي أن صور الأشياء التي تكون أبعادها صغيرة جدًا مقارنة بالطول الموجي للضوء سيكون لها نفس الشكل والحجم، بغض النظر عن شكل الأشياء نفسها. تسمى هذه الكائنات بالكائنات النقطية - ويمكن إهمال أحجامها. إذا توهج مثل هذا الجسم النقطي، فسوف يصوره المجهر الضوئي على أنه دائرة مضيئة محاطة بحلقات فاتحة ومظلمة. سننظر أيضًا، من أجل البساطة، في مصادر الضوء. يظهر الشكل 2 صورة نموذجية لمصدر ضوء نقطي تم الحصول عليها باستخدام المجهر الضوئي. تكون شدة حلقات الضوء أقل بكثير من شدة الدائرة وتتناقص مع المسافة من مركز الصورة. في أغلب الأحيان، تكون حلقة الضوء الأولى فقط مرئية. قطر الحلقة المظلمة الأولى هو . تسمى الوظيفة التي تصف توزيع الكثافة هذا بوظيفة انتشار النقطة. هذه الوظيفة لا تعتمد على ماهية التكبير. ستكون صورة العديد من الكائنات النقطية عبارة عن دوائر وحلقات على وجه التحديد، كما يتبين من الشكل 3. يمكن تكبير الصورة الناتجة، ومع ذلك، إذا اندمجت صور كائنين نقطيين متجاورين، فسوف تستمر في الدمج. غالبًا ما يُقال إن هذا النوع من التكبير عديم الفائدة - فالصور الأكبر حجمًا ستكون ببساطة أكثر ضبابية. يظهر في الشكل 4 مثال على التكبير عديم الفائدة. غالبًا ما تسمى الصيغة حد الحيود، وهي مشهورة جدًا لدرجة أنها تم نحتها على النصب التذكاري لمؤلف هذه الصيغة، عالم الفيزياء البصرية الألماني إرنست آبي.

بالطبع، مع مرور الوقت، بدأت المجاهر الضوئية مجهزة بمجموعة متنوعة من الأجهزة التي جعلت من الممكن تخزين الصور. تم استكمال العين البشرية أولاً بكاميرات الأفلام والأفلام، ثم بكاميرات تعتمد على الأجهزة الرقمية التي تحول الضوء الساقط عليها إلى إشارات كهربائية. أكثر هذه الأجهزة شيوعًا هي مصفوفات CCD (CCD تعني الجهاز المزدوج الشحن). يستمر عدد وحدات البكسل في الكاميرات الرقمية في التزايد، لكن هذا وحده لا يمكنه تحسين دقة المجاهر الضوئية.

حتى قبل خمسة وعشرين عامًا، بدا أن حد الحيود لا يمكن التغلب عليه، وأنه من أجل دراسة الأجسام التي تكون أبعادها أصغر بعدة مرات من الطول الموجي للضوء، كان من الضروري التخلي عن الضوء في حد ذاته. هذا هو بالضبط المسار الذي سلكه مبدعو المجاهر الإلكترونية والأشعة السينية. وعلى الرغم من المزايا العديدة لهذه المجاهر، إلا أن مشكلة استخدام الضوء لرؤية الأجسام النانوية ظلت قائمة. كان هناك العديد من الأسباب لذلك: الراحة وسهولة العمل مع الكائنات، والوقت القصير المطلوب للحصول على صورة، والطرق المعروفة لتلوين العينات، وأكثر من ذلك بكثير. وأخيرا، بعد سنوات من العمل الشاق، أصبح من الممكن رؤية الأجسام النانوية باستخدام المجهر الضوئي. تم تحقيق أكبر تقدم في هذا الاتجاه في مجال الفحص المجهري الفلوري. وبطبيعة الحال، لم يقم أحد بإلغاء حد الحيود، لكنهم تمكنوا من الالتفاف عليه. يوجد حاليًا العديد من المجاهر الضوئية التي تتيح فحص الأجسام التي تكون أبعادها أصغر بكثير من الطول الموجي للضوء نفسه الذي ينشئ صورًا لهذه الأشياء. كل هذه الأجهزة تشترك في مبدأ واحد مشترك. دعونا نحاول شرح أي واحد هو.

مما سبق أن قيل عن حد الحيود للتحليل، فمن الواضح أن رؤية مصدر نقطي ليس بهذه الصعوبة. إذا كان هذا المصدر ذو كثافة كافية، فستكون صورته مرئية بوضوح. سيتم تحديد شكل وحجم هذه الصورة، كما ذكرنا سابقًا، من خلال خصائص النظام البصري. في الوقت نفسه، معرفة خصائص النظام البصري والتأكد من أن الكائن هو كائن نقطي، يمكنك تحديد مكان وجود الكائن بالضبط. دقة تحديد إحداثيات مثل هذا الكائن عالية جدًا. يمكن توضيح ذلك من خلال الشكل 5. يمكن تحديد إحداثيات كائن نقطي بشكل أكثر دقة، كلما زاد توهجه. في الثمانينيات من القرن الماضي، باستخدام المجهر الضوئي، تمكنوا من تحديد موضع الجزيئات المضيئة الفردية بدقة تتراوح بين 10-20 نانومتر. الشرط الضروري لمثل هذا التحديد الدقيق لإحداثيات المصدر النقطي هو وحدته. يجب أن يكون أقرب مصدر نقطي آخر بعيدًا جدًا بحيث يعرف الباحث على وجه اليقين أن الصورة التي تتم معالجتها تتوافق مع مصدر واحد. ومن الواضح أن هذه مسافة ليجب أن تستوفي الشرط. في هذه الحالة، يمكن أن يوفر تحليل الصور بيانات دقيقة جدًا عن موضع المصدر نفسه.

معظم الأجسام التي تكون أبعادها أصغر بكثير من دقة المجهر الضوئي يمكن تمثيلها كمجموعة من المصادر النقطية. تقع مصادر الضوء في هذه المجموعة عن بعضها البعض على مسافات أصغر بكثير من . إذا تألقت هذه المصادر في وقت واحد، فسيكون من المستحيل قول أي شيء عن مكان وجودها بالضبط. ومع ذلك، إذا تمكنت من جعل هذه المصادر تتألق بدورها، فيمكن تحديد موضع كل منها بدقة عالية. إذا تجاوزت هذه الدقة المسافة بين المصادر، فمن خلال معرفة موقع كل منها، يمكن معرفة مواقعها النسبية. وهذا يعني أنه تم الحصول على معلومات حول شكل وحجم الكائن، والتي يتم تقديمها كمجموعة من المصادر النقطية. بمعنى آخر، في هذه الحالة، يمكنك فحص جسم ما بالمجهر الضوئي الذي تكون أبعاده أصغر من حد الحيود!

وبالتالي، فإن النقطة الأساسية هي الحصول على معلومات حول أجزاء مختلفة من الجسم النانوي بشكل مستقل عن بعضها البعض. هناك ثلاث مجموعات رئيسية من الأساليب للقيام بذلك.

المجموعة الأولى من الأساليب تجعل جزءًا أو آخر من الكائن قيد الدراسة يلمع بشكل عمد. وأشهر هذه الطرق هو المسح المجهري الضوئي للمجال القريب. دعونا نلقي نظرة فاحصة على ذلك.

إذا درست بعناية الشروط المتضمنة عند الحديث عن حد الحيود، فستجد أن المسافات من الأشياء إلى العدسات أكبر بكثير من الطول الموجي للضوء. أما على مسافات مماثلة لهذا الطول الموجي وأصغر منه، فإن الصورة مختلفة. بالقرب من أي جسم محصور في المجال الكهرومغناطيسي لموجة ضوئية، يوجد مجال كهرومغناطيسي متناوب، تردد تغيره هو نفس تردد تغير المجال في موجة الضوء. وعلى عكس موجة الضوء، فإن هذا المجال يضمحل بسرعة عندما يتحرك بعيدًا عن الجسم النانوي. المسافة التي تقل فيها الشدة، على سبيل المثال. همرات، مماثلة لحجم الكائن. وبالتالي، فإن المجال الكهرومغناطيسي للتردد البصري يتركز في حجم الفضاء، وحجمه أصغر بكثير من الطول الموجي للضوء. أي جسم نانوي يقع في هذه المنطقة سوف يتفاعل بطريقة أو بأخرى مع المجال المركّز. إذا تم نقل الكائن الذي يتم من خلاله تركيز المجال هذا بالتتابع على طول أي مسار على طول الجسم النانوي قيد الدراسة وتم تسجيل الضوء المنبعث من هذا النظام، فيمكن إنشاء صورة من نقاط فردية تقع على هذا المسار. وبطبيعة الحال، في كل نقطة سوف تبدو الصورة كما هو مبين في الشكل 2، ولكن سيتم تحديد القرار من خلال مقدار تركيز المجال. وهذا بدوره يتحدد بحجم الكائن الذي يتركز به هذا المجال.

الطريقة الأكثر شيوعًا لتركيز المجال بهذه الطريقة هي عمل ثقب صغير جدًا في شاشة معدنية. عادة، يقع هذا الثقب في نهاية دليل الضوء المدبب المغطى بطبقة رقيقة من المعدن (يُطلق على الدليل الضوئي غالبًا اسم الألياف الضوئية ويستخدم على نطاق واسع لنقل البيانات عبر مسافات طويلة). أصبح من الممكن الآن إنتاج ثقوب بأقطار تتراوح من 30 إلى 100 نانومتر. القرار هو نفسه في الحجم. تسمى الأجهزة التي تعمل على هذا المبدأ بالمجاهر الضوئية ذات المسح القريب. لقد ظهروا قبل 25 عامًا.

يتلخص جوهر المجموعة الثانية من الأساليب في ما يلي. بدلًا من جعل الأجسام النانوية القريبة تتألق بدورها، يمكنك استخدام كائنات تتوهج بألوان مختلفة. في هذه الحالة، بمساعدة مرشحات الضوء التي تنقل الضوء من لون واحد أو آخر، يمكنك تحديد موضع كل كائن، ثم إنشاء صورة واحدة. وهذا مشابه جدًا لما هو موضح في الشكل 5، فقط الألوان ستكون مختلفة بالنسبة للصور الثلاث.

المجموعة الأخيرة من الطرق التي تتيح التغلب على حد الحيود وفحص الأجسام النانوية تستخدم خصائص الأجسام المضيئة نفسها. هناك مصادر يمكن "تشغيلها" و"إيقاف تشغيلها" باستخدام ضوء محدد خصيصًا. تحدث مثل هذه التبديلات إحصائيًا. بمعنى آخر، إذا كان هناك العديد من الكائنات النانوية القابلة للتحويل، فمن خلال تحديد الطول الموجي للضوء وكثافته، يمكنك إجبار جزء فقط من هذه الكائنات على "إيقاف التشغيل". ستستمر الكائنات المتبقية في التألق، ويمكن الحصول على صورة منها. بعد ذلك، تحتاج إلى "تشغيل" جميع المصادر و"إيقاف" بعضها مرة أخرى. ستكون مجموعة المصادر التي تظل "قيد التشغيل" مختلفة عن المجموعة التي ظلت "قيد التشغيل" في المرة الأولى. ومن خلال تكرار هذا الإجراء عدة مرات، يمكنك الحصول على مجموعة كبيرة من الصور التي تختلف عن بعضها البعض. ومن خلال تحليل مثل هذه المجموعة، من الممكن تحديد نسبة كبيرة من جميع المصادر بدقة عالية جدًا، أعلى بكثير من حد الحيود. ويبين الشكل 6 مثالاً على الدقة الفائقة التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة.

يتطور المجهر الضوئي فائق الدقة حاليًا بسرعة. ومن الآمن أن نفترض أن هذا المجال سوف يستقطب عدداً متزايداً من الباحثين في السنوات القادمة، ونأمل أن يكون قراء هذا المقال من بينهم.

محاضرة رقم 7

طرق عرض السطح

المجهر الضوئي

العين البشرية، التي تسمح لنا برؤية ودراسة العالم من حولنا، هي نظام بصري بسيط إلى حد ما، العنصر الرئيسي فيه هو العدسة، وهي في الواقع عدسة مصنوعة من مادة بلورية سائلة. أصغر الأجسام التي يمكن رؤيتها باستخدام مثل هذا النظام البصري يبلغ حجمها حوالي 0.1 ملم، وللنظر إلى الأجسام الأصغر ودراستها، تم استخدام النظارات أو العدسات المكبرة لأول مرة، ثم الهياكل المعقدة المصنوعة من العدسات البصرية، والتي تسمى المجاهر الضوئية.

مجهر (من مايكروس اليوناني - صغير وسكوبيو - أنظر) - جهاز للحصول على صور مكبرة للغاية للأشياء (أو تفاصيل بنيتها) غير مرئية للعين المجردة.

التصميم البصري ومبدأ تشغيل المجهر الضوئي . يظهر في الشكل 1 أحد المخططات النموذجية للمجهر الضوئي. 1. عادة ما يتم إضاءة الجسم 7 الموجود على المسرح 10 بضوء صناعي من مصدر إضاءة (مصباح 1 وعدسة مجمعة 2) باستخدام مرآة 4 ومكثف 6. لتكبير الجسم، يتم استخدام عدسة 8 وعدسة عينية 9 تستخدم العدسة لإنشاء صورة حقيقية مقلوبة ومكبرة مقاس 7 بوصات للكائن رقم 7. وتشكل العدسة صورة افتراضية مكبرة ثانوية تبلغ 7 بوصات عادةً على أفضل مسافة عرض D=250 مم. إذا تم تحريك العدسة بحيث تكون الصورة مقاس 7 بوصات أمام التركيز الأمامي للعدسة العينية F تقريبًا، فإن الصورة التي تقدمها العدسة تصبح حقيقية ويمكن الحصول عليها على الشاشة أو الفيلم. التكبير الإجمالي يساوي منتج تكبير العدسة من خلال تكبير العدسة: x = bX تقريبًا يتم التعبير عن عدسة التكبير بالمعادلة: b=D/F ob، حيث D هي المسافة بين التركيز الخلفي للعدسة F ob والتركيز الأمامي للعدسة. العدسة F تقريبًا (ما يسمى بالطول البصري لأنبوب المجهر) ؛ F ob هو البعد البؤري للعدسة. يتم التعبير عن تكبير العدسة بالصيغة: X ok = 250/F حسنًا، حيث F ok هو البعد البؤري للعدسة العينية عادةً، تكون عدسات المجاهر الضوئية ذات تكبير من 6.3 إلى 100، والعدسات العينية من 7 إلى 15. ولذلك، يتراوح التكبير الإجمالي لمثل هذا المجهر من 44 إلى. 100. 1500. يعمل الحجاب الحاجز الميداني 3 والفتحة 5 على الحد من شعاع الضوء وتقليل الضوء المتناثر. إحدى الخصائص الهامة للمجهر الضوئي هي دقة وضوحه، والتي يتم تعريفها على أنها مقلوب أصغر مسافة يمكن من خلالها رؤية عنصرين هيكليين متجاورين بشكل منفصل. دقة المجهر الضوئي محدودة بسبب حيود الضوء. بسبب الحيود، فإن صورة النقطة المضيئة المتناهية الصغر، التي تقدمها عدسة هذا المجهر، لا تبدو كنقطة، بل قرص ضوئي مستدير (محاط بحلقات داكنة وخفيفة)، يبلغ قطرها: د = 1.22 /أ، أين  - الطول الموجي للضوء و أ-الفتحة العددية للعدسة تساوي: أ =نالخطيئة (أ/2)(ن- معامل انكسار الوسط الموجود بين الجسم والعدسة، أ- الزاوية المحصورة بين أقصى الأشعة لشعاع ضوئي مخروطي الشكل يخرج من نقطة على جسم ما ويدخل إلى العدسة). إذا كانت هناك نقطتان مضيئتان قريبتان من بعضهما البعض، فإن أنماط حيودهما تتراكب على بعضها البعض، مما يعطي توزيعًا معقدًا للإضاءة في مستوى الصورة. أصغر فرق نسبي في الإضاءة يمكن رؤيته بالعين هو 4%. وهذا يتوافق مع أصغر مسافة تم تحديدها في المجهر الضوئي، د = 0.51 /أ. بالنسبة للأجسام غير ذاتية الإضاءة، الحد الأقصى للدقة هو د إلخيرقى إلى  /(أ+أ")، أين أ"– الفتحة العددية لمكثف المجهر. وبذلك يكون القرار ( 1/د) يتناسب طرديًا مع فتحة العدسة، ولزيادة هذه المساحة، يتم ملء المساحة بين الجسم والعدسة بسائل ذي معامل انكسار مرتفع. تصل فتحات الغمر ذات التكبير العالي إلى الأهداف أ=1.3 (للعدسات "الجافة" التقليدية أ=0.9). يؤثر وجود حد الدقة على اختيار تكبير المجهر الضوئي. التكبير بالمجهر الضوئي في حدود 500 أ – 1000أيسمى مفيدا، حيث أن العين تميز جميع عناصر بنية الجسم التي يتم حلها بواسطة المجهر. عند التكبير أكثر من 1000 أولم يتم الكشف عن أي تفاصيل جديدة عن بنية الجسم؛ ومع ذلك، في بعض الأحيان يتم استخدام مثل هذه التكبيرات، على سبيل المثال، في التصوير الفوتوغرافي الدقيق والإسقاط الدقيق.

طرق المراقبة للمجهر الضوئي . يمكن تمييز بنية الجسم إذا كانت أجزاء مختلفة منه تمتص وتعكس الضوء بشكل مختلف، أو لها معاملات انكسار مختلفة عن بعضها البعض (أو من الوسط). تحدد هذه الخصائص الفرق في سعات وأطوار موجات الضوء المنعكسة أو المنقولة عبر أجزاء مختلفة من الجسم، والتي بدورها تحدد تباين الصورة. ولذلك يتم اختيار طرق المراقبة المستخدمة في الفحص المجهري الضوئي تبعاً لطبيعة وخصائص الكائن محل الدراسة.

طريقة المجال الضوئي المنقوليستخدم عند دراسة الأجسام الشفافة التي تحتوي على جزيئات وأجزاء ماصة (ممتصة للضوء). وهي، على سبيل المثال، أجزاء رقيقة ملونة من الأنسجة الحيوانية والنباتية، وأجزاء رقيقة من المعادن والمواد الإلكترونية الراديوية. في حالة عدم وجود جسم، يمر شعاع من الأشعة من المكثف 6 (انظر الشكل 1) عبر العدسة 8 وينتج مجالًا مضاءً بشكل موحد بالقرب من المستوى البؤري للعدسة العينية 9. إذا كان الجسم 7 يحتوي على جسم ماص، فإنه يمتص جزئيًا وينثر الضوء الساقط عليها جزئيًا (خط متقطع) والذي يحدد حسب نظرية الحيود مظهر الصورة. يمكن أن تكون هذه الطريقة مفيدة أيضًا للأشياء غير الممتصة إذا كانت تشتت الشعاع المضيء بقوة بحيث لا يصل جزء كبير من الشعاع إلى العدسة.

طريقة المجال الساطع في الضوء المنعكس(الشكل 2) يستخدم لمراقبة الأجسام غير الشفافة، على سبيل المثال، المقاطع المعدنية 4.

يتم إضاءة الجسم من المصباح 1 والمرآة الشفافة 2 من الأعلى عبر العدسة 3، والتي تعمل في نفس الوقت كمكثف. يتم إنشاء الصورة في المستوى 6 بواسطة العدسة مع العدسة الأنبوبية 5؛ تكون بنية الجسم مرئية بسبب الاختلافات في انعكاس عناصره؛ في مجال مشرق، تبرز عدم التجانس، مما يؤدي إلى تشتيت الضوء الساقط عليها.

تنتقل طريقة المجال المظلم الخفيفة(الشكل 3) يستخدم للحصول على صور لأجسام شفافة غير ماصة. يمر الضوء من المصباح 1 والمرآة 2 عبر مكثف خاص للحقل المظلم 3 على شكل مخروط مجوف ولا يدخل مباشرة إلى العدسة 5. يتم إنشاء الصورة فقط عن طريق الضوء المتناثر بواسطة الجسيمات الدقيقة للكائن 4. في مجال الرؤية 6، على خلفية داكنة، تظهر الصور الضوئية للجسيمات التي تختلف عن البيئة في معامل الانكسار.

طريقة الفحص المجهري، استنادًا إلى نفس المبدأ (تكون إضاءة الجسم في المجهر الفائق متعامدة مع اتجاه المراقبة)، تجعل من الممكن اكتشاف التفاصيل الدقيقة جدًا، التي تقع أبعادها (2 نانومتر) بعيدًا عن دقة المجهر الضوئي . القدرة على اكتشاف مثل هذه الأشياء، على سبيل المثال، أصغر الجزيئات الغروية، باستخدام المجهر الفائق، ترجع إلى حيود الضوء بها. تحت الإضاءة الجانبية القوية، يتم تمييز كل جسيم في المجهر الفائق من قبل المراقب كنقطة مضيئة (بقعة حيود مضيئة) على خلفية داكنة. بسبب الحيود، يتم تشتيت القليل جدًا من الضوء بواسطة أصغر الجزيئات. لذلك، في الفحص المجهري الفائق، عادة ما يتم استخدام مصادر الضوء القوية. اعتمادًا على شدة الإضاءة والطول الموجي للضوء والفرق بين معاملات انكسار الجسيم والوسط، فإن أحجام الجسيمات المكتشفة تتراوح بين (2-50) نانومتر. من المستحيل تحديد الحجم الحقيقي والشكل والبنية الحقيقية للجسيمات من بقع الحيود: فالمجهر الفائق لا يوفر صورًا للأشياء البصرية قيد الدراسة. ومع ذلك، باستخدام المجهر الفائق، من الممكن تحديد وجود الجسيمات وتركيزها العددي، ودراسة حركتها، وكذلك حساب متوسط ​​حجم الجسيمات إذا كان تركيز وزنها وكثافتها معروفين. تم إنشاء المجهر الفائق في عام 1903. الفيزيائي الألماني ج. سيدينتوبف والكيميائي النمساوي ر. زسيجموندي. في مخطط المجهر الفائق الشق اقترحوا (الشكل 4، أ) أن النظام قيد الدراسة بلا حراك. تتم إضاءة الكوفيت 5 مع الجسم قيد الدراسة بمصدر الضوء 1 (2 - المكثف؛ 4 - عدسة الإضاءة) من خلال شق مستطيل ضيق 3، ويتم عرض صورته في منطقة المراقبة.

من خلال عدسة مجهر المراقبة 6، يمكن رؤية النقاط المضيئة للجسيمات الموجودة في مستوى صورة الشق. فوق وتحت المنطقة المضيئة، لم يتم الكشف عن وجود الجسيمات. في المجهر الفائق التدفق (الشكل 4، ب)، تتحرك الجسيمات قيد الدراسة على طول الأنبوب باتجاه عين المراقب. وأثناء عبورها منطقة الإضاءة، يتم تسجيلها على شكل ومضات ساطعة بصريًا أو باستخدام جهاز قياس ضوئي. من خلال ضبط سطوع إضاءة الجسيمات المرصودة باستخدام إسفين ضوئي متحرك 7، من الممكن اختيار تسجيل الجسيمات التي يتجاوز حجمها الحد المحدد. تُستخدم المجاهر الفائقة في دراسات الأنظمة المتفرقة، لمراقبة نقاء الهواء الجوي والماء ودرجة تلوث الوسائط الشفافة بصريًا بالشوائب الأجنبية.

عند المراقبة طريقة المجال المظلم في الضوء المنعكس(الشكل 5) تتم إضاءة الأجسام غير الشفافة (مثل المقاطع المعدنية) من الأعلى بنظام حلقة خاص يقع حول العدسة ويسمى مكثف.

تنتشر أشعة الضوء المنبعثة من مصباح إضاءة الحقل المظلم 1، المنعكسة من المكثف اللقيمي 2 والتي تسقط بزاوية على سطح الركيزة 3، بواسطة الجزيئات الأجنبية. تمر هذه الأشعة الضوئية المتناثرة من الجزيئات الأجنبية عبر عدسات المجهر الموضوعية 4 و 5، وتنعكس من مرآة المنشور المجهري 6، وتمر عبر عدسة المجهر العينية 7، وتتميز للراصد على شكل نقاط مضيئة في مجال مظلم .

طريقة مراقبة الضوء المستقطب(المنتقلة والمنعكسة) تستخدم لدراسة الأجسام متباينة الخواص مثل المعادن والخامات والحبوب في مقاطع رقيقة من السبائك وبعض الأنسجة والخلايا الحيوانية والنباتية. التباين البصري هو الفرق في الخصائص البصرية للوسط حسب اتجاه انتشار الإشعاع البصري (الضوء) فيه واستقطابه. استقطاب الضوء هو خاصية فيزيائية للإشعاع البصري الذي يصف التباين العرضي لموجات الضوءأي عدم تكافؤ الاتجاهات المختلفة في المستوى المتعامد مع شعاع الضوء. الطبيعة العرضية للموجات الكهرومغناطيسية تحرم الموجة من التماثل المحوري بالنسبة لاتجاه الانتشار بسبب وجود اتجاهات مختارة (المتجهات ه- المجال الكهربائي وقوة المتجهات ن- شدة المجال المغنطيسي) في مستوٍ متعامد مع اتجاه الانتشار. منذ ناقلات هو نالموجات الكهرومغناطيسية متعامدة مع بعضها البعض، لوصف حالة استقطاب شعاع الضوء بشكل كامل، يلزم معرفة سلوك واحدة منها فقط. عادة، يتم اختيار المتجه E لهذا الغرض، فالضوء المنبعث من أي باعث أولي فردي (ذرة، جزيء) يكون دائمًا مستقطبًا في كل فعل إشعاع. لكن مصادر الضوء العيانية تتكون من عدد كبير من هذه الجسيمات الباعثة؛ التوجهات المكانية للناقلات هويتم توزيع لحظات أفعال انبعاث الضوء بواسطة الجسيمات الفردية في معظم الحالات بشكل عشوائي. ولذلك، في الإشعاع العام الاتجاه هلا يمكن التنبؤ بها في أي وقت من الأوقات. يسمى هذا الإشعاع غير مستقطب، أو الضوء الطبيعي. النور يسمى مستقطب بالكامل، إذا كان هناك مكونان متعامدان (إسقاطات) للمتجه هيتأرجح شعاع الضوء بفارق طور ثابت مع مرور الوقت. عادةً ما يتم تصوير حالة استقطاب الضوء باستخدام قطع ناقص الاستقطاب - وهو إسقاط لمسار نهاية المتجه هإلى مستوى عمودي على الشعاع (الشكل 6)

يتجلى التباين البصري في الانكسار المزدوج، والتغيرات في استقطاب الضوء، ودوران مستوى الاستقطاب الذي يحدث في المواد النشطة بصريًا. يرجع التباين البصري الطبيعي للبلورات إلى الاختلاف في اتجاهات مختلفة في مجال القوى التي تربط ذرات الشبكة. يرتبط النشاط البصري الطبيعي للمواد التي تظهره في أي حالة من حالات التجميع بعدم تناسق بنية الجزيئات الفردية لهذه المواد والاختلاف الناتج في تفاعل هذه الجزيئات مع الإشعاع ذي الاستقطابات المختلفة، وكذلك مع الخصائص الحالات المثارة للإلكترونات و"النوى الأيونية" في البلورات النشطة بصريًا. يحدث التباين البصري المستحث (الاصطناعي) في الوسائط التي تكون متناحية بصريًا بشكل طبيعي تحت تأثير المجالات الخارجية التي تسلط الضوء على اتجاه معين في هذه الوسائط. يمكن أن يكون هذا مجالًا كهربائيًا، ومجالًا مغناطيسيًا، ومجالًا للقوى المرنة، بالإضافة إلى مجال القوى في تدفق السوائل. في طريقة مراقبة الضوء المستقطب، باستخدام المحللات والمعوضات المضمنة في النظام البصري، تتم دراسة التغير في استقطاب الضوء المار عبر جسم ما.

طريقة تباين الطوريستخدم للحصول على صور للأجسام الشفافة وعديمة اللون والتي تكون غير مرئية عند ملاحظتها باستخدام طريقة المجال الساطع. وتشمل هذه الأشياء، على سبيل المثال، الأنسجة الحيوانية الحية غير المصبوغة. تعتمد الطريقة على حقيقة أنه حتى مع وجود اختلاف بسيط في معاملات انكسار الجسم والوسيط، فإن موجة الضوء التي تمر عبرهما تخضع لتغيرات طورية مختلفة وتكتسب تخفيف المرحلة. يتم تحويل تغييرات الطور هذه إلى تغييرات في السطوع ("تخفيف السعة") باستخدام لوحة طور خاصة (حلقة طور) تقع بالقرب من التركيز الخلفي للعدسة. تمر الأشعة التي تمر عبر جسم ما بالكامل عبر حلقة الطور، مما يغير طورها بمقدار /4. وفي الوقت نفسه، لا تقع الأشعة المنتشرة في الجسم (المنحرفة) في حلقة الطور ولا تتلقى إزاحة طور إضافية. مع الأخذ في الاعتبار تحول الطور في الجسم، فإن فرق الطور بين الأشعة المنحرفة وغير المنحرفة يتبين أنه قريب من 0 أو /2، ونتيجة لتداخل الضوء في مستوى صورة الجسم، إنها تعزز أو تضعف بعضها البعض بشكل ملحوظ، مما يعطي صورة متباينة لبنية الكائن، حيث يعيد توزيع السطوع إنتاج تخفيف الطور أعلاه.

طريقة تباين التداخليتكون من حقيقة أن كل شعاع يدخل المجهر يتشعب: يمر أحدهما عبر الجسيم المرصود والثاني يمر به. في جزء العدسة من المجهر، يتم توصيل كلا الشعاعين مرة أخرى ويتداخلان مع بعضهما البعض. يتم تحديد نتيجة التداخل من خلال الاختلاف في مسار الأشعة د، والتي يتم التعبير عنها بالصيغة: د = ن =(ن 0 -ن م )د 0 ، حيث n 0 ، n m هي معاملات انكسار الجسيم والبيئة، على التوالي، د 0 - سمك الجسيمات، ن- ترتيب التدخل. يظهر في الشكل رسم تخطيطي لإحدى طرق تنفيذ تباين التداخل. 4. تم تجهيز المكثف 1 والعدسة 4 بألواح ثنائية الانكسار (مميزة في الشكل بأسهم قطرية)، حيث يقوم الأول بتقسيم شعاع الضوء الأصلي إلى شعاعين، بينما يقوم الثاني بإعادة توحيدهما. أحد الأشعة، التي تمر عبر الكائن 3، يتأخر في الطور (يكتسب اختلاف المسار مقارنة بالشعاع الثاني)؛ يتم قياس حجم هذا التأخير بواسطة المعوض 5. تشبه طريقة تباين التداخل في بعض النواحي طريقة تباين الطور - وكلاهما يعتمد على تداخل الأشعة التي مرت عبر الجسيمات الدقيقة ومرت بها. يكمن الاختلاف بين طريقة التداخل وطريقة تباين الطور بشكل أساسي في القدرة على القياس بدقة عالية (تصل إلى /300) لاختلافات المسار التي يدخلها جسم دقيق باستخدام المعوضات. وبناءً على هذه القياسات، من الممكن إجراء حسابات كمية، على سبيل المثال، للكتلة الإجمالية وتركيز المادة الجافة في خلايا الأجسام البيولوجية.

طريقة البحث في ضوء التلألؤيعتمد على حقيقة أن التوهج الأخضر البرتقالي لجسم ما الذي يحدث عندما يتم إضاءته بالأشعة فوق البنفسجية أو الضوء الأزرق يتم دراسته تحت المجهر. ولهذا الغرض، يتم إدخال مرشحات الضوء المناسبة قبل المكثف وبعد عدسة المجهر. الأول ينقل فقط الإشعاع من مصدر الإضاءة الذي يسبب تألق الجسم، والثاني (بعد العدسة) ينقل ضوء التألق فقط إلى عين المراقب. يتم استخدام هذه الطريقة في التحليل الكيميائي الدقيق واكتشاف العيوب.

طريقة المراقبة بالأشعة فوق البنفسجيةيسمح لك بزيادة الحد الأقصى لدقة المجهر بما يتناسب مع 1/. تعمل هذه الطريقة أيضًا على توسيع إمكانيات الدراسات المجهرية نظرًا لحقيقة أن جزيئات العديد من المواد، الشفافة في الضوء المرئي، تمتص بقوة الأشعة فوق البنفسجية ذات أطوال موجية معينة، وبالتالي يمكن تمييزها بسهولة في صور الأشعة فوق البنفسجية. يتم تسجيل الصور في الفحص المجهري للأشعة فوق البنفسجية إما عن طريق التصوير الفوتوغرافي أو باستخدام محول إلكتروني بصري أو شاشة الفلورسنت.

طريقة مراقبة الأشعة تحت الحمراءويتطلب أيضًا تحويل الصورة غير المرئية للعين إلى صورة مرئية عن طريق تصويرها أو باستخدام المحول الإلكتروني البصري. يسمح لك الفحص المجهري بالأشعة تحت الحمراء بدراسة البنية الداخلية للأشياء غير الشفافة في الضوء المرئي، على سبيل المثال، النظارات الداكنة وبعض البلورات والمعادن.

المكونات الرئيسية للمجهر الضوئي . بالإضافة إلى المكونات البصرية المذكورة أعلاه (على سبيل المثال، العدسة، العدسة)، يحتوي المجهر الضوئي أيضًا على حامل ثلاثي الأرجل أو جسم، ومنصة لتركيب الجسم قيد الدراسة، وآليات التركيز الخشن والدقيق، وجهاز لتركيب العدسات وأنبوب لتثبيت العدسات. ويعتمد استخدام نوع أو آخر من المكثفات (المجال الساطع، والمجال المظلم، وما إلى ذلك) على اختيار طريقة المراقبة المطلوبة. العدسات الموجودة في معظم المجاهر الضوئية الحديثة قابلة للإزالة. تختلف العدسات:

أ) وفقًا للخصائص الطيفية - للعدسات الخاصة بالمنطقة المرئية من الطيف وللفحص المجهري للأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء (العدسة والعدسة المرآة)؛

ب) على طول الأنبوب الذي صممت من أجله (حسب تصميم المجهر)؛

ج) حسب الوسط بين العدسة والجسم - جاف وغمر؛

ز ) وفقًا لطريقة المراقبة - التقليدية، وتباين الطور، وما إلى ذلك.

يتم تحديد نوع العدسة المستخدمة في طريقة المراقبة هذه من خلال اختيار عدسة المجهر الضوئي. تتيح تكيفات المجاهر الضوئية تحسين ظروف المراقبة وتوسيع قدرات البحث، وتنفيذ أنواع مختلفة من إضاءة الأشياء، وتحديد حجم الأشياء، وتصوير الأشياء من خلال المجهر، وما إلى ذلك. ويتم تحديد أنواع المجاهر إما حسب مساحة ​التطبيق أو بطريقة الملاحظة. على سبيل المثال، المجاهر البيولوجيةمصمم للبحث في علم الأحياء الدقيقة، وعلم الأنسجة، وعلم الخلايا، وعلم النبات، والطب، وكذلك لمراقبة الأجسام الشفافة في الفيزياء والكيمياء، وما إلى ذلك. المجاهر المعدنيةمصممة لدراسة الهياكل المجهرية للمعادن والسبائك. تظهر في الشكل 1 صور مجهرية لقسم معدني غير محفور تم التقاطها باستخدام هذا المجهر. 5 (أ – في مجال مشرق، ب – مع جهاز تباين الطور). المجاهر الاستقطابيةمجهزة بأجهزة استقطاب إضافية وهي مخصصة بشكل أساسي لدراسة الأجزاء الرقيقة من المعادن والخامات. المجاهر المجسمةتستخدم للحصول على صور ثلاثية الأبعاد للأشياء المرصودة. مجاهر القياسمصممة لقياسات دقيقة مختلفة في الهندسة الميكانيكية. وبالإضافة إلى هذه المجموعات من المجاهر، هناك المجاهر الضوئية المتخصصةعلى سبيل المثال: التثبيت الجزئي لتصوير العمليات السريعة والبطيئة (حركة الكائنات الحية الدقيقة، وعمليات انقسام الخلايا، ونمو البلورات، وما إلى ذلك)؛ مجاهر ذات درجة حرارة عاليةلدراسة الأجسام التي تم تسخينها إلى 2000 درجة مئوية؛ المجاهر الجراحية منخفضة التكبير، يستخدم أثناء العمليات. الأدوات المعقدة للغاية هي تركيبات قياس الطيف الضوئي الدقيقة لتحديد أطياف الامتصاص للأشياء، وأجهزة تحليل الصور التلفزيونية الدقيقة، وما إلى ذلك.

كما ذكرنا سابقًا، بغض النظر عن نوع العدسات المستخدمة وطريقة توصيلها، فإن دقة المجاهر الضوئية محدودة بالقاعدة الأساسية للتكنولوجيا البصرية، التي تمت صياغتها في عام 1873. (ما يسمى بحدود حيود رايلي)، والتي بموجبها لا يمكن أن يكون الحد الأدنى لأبعاد التفاصيل المميزة للجسم قيد النظر أقل من نصف الطول الموجي للضوء المستخدم للإضاءة. نظرًا لأن أقصر الأطوال الموجية في النطاق تتوافق مع حوالي 400 نانومتر، فإن دقة المجاهر الضوئية تقتصر بشكل أساسي على نصف هذه القيمة، أي حوالي 200 نانومتر. كان السبيل الوحيد للخروج من هذا الوضع هو إنشاء أجهزة تستخدم الإشعاع الموجي بطول موجي أقصر، أي إشعاع ذو طبيعة غير خفيفة.

المجهر الإلكتروني

في ميكانيكا الكم، يمكن اعتبار الإلكترون بمثابة موجة، والتي بدورها يمكن أن تتأثر بالعدسات الكهربائية أو المغناطيسية (في تشبيه كامل لقوانين البصريات الهندسية التقليدية). هذا هو أساس مبدأ تشغيل المجاهر الإلكترونية، مما يجعل من الممكن توسيع إمكانيات دراسة المادة على المستوى المجهري بشكل كبير (عن طريق زيادة الدقة بأوامر من حيث الحجم). في المجهر الإلكتروني، بدلا من الضوء، يتم استخدام الإلكترونات نفسها، والتي تمثل في هذه الحالة الإشعاع بطول موجة أقصر بكثير (حوالي 50000 مرة أقصر من الضوء). في مثل هذه الأجهزة، بدلا من العدسات الزجاجية، يتم استخدام العدسات الإلكترونية بشكل طبيعي (أي مجالات التكوين المناسب). لا يمكن لحزم الإلكترون أن تنتشر دون تشتت حتى في الوسائط الغازية، لذلك يجب الحفاظ على فراغ عالٍ (ضغط يصل إلى 10–6 مم زئبقي أو 10–4 باسكال) داخل المجهر الإلكتروني على طول مسار الإلكترون بأكمله. تنقسم المجاهر الإلكترونية إلى فئتين كبيرتين حسب طريقة التطبيق: المجاهر الإلكترونية النافذة (TEM) والمجاهر الماسحة (SEM) أو بمعنى آخر المجاهر النقطية (SEM). والفرق الرئيسي بينهما هو أنه في TEM يتم تمرير شعاع الإلكترون عبر طبقات رقيقة جدًا من المادة قيد الدراسة، بسماكة أقل من 1 ميكرون (كما لو كان "ينقل" هذه الطبقات من خلالها)، وفي المجاهر الماسحة يتم تمرير شعاع الإلكترون ينعكس على التوالي من مناطق صغيرة من السطح (يمكن تحديد بنية السطح وخصائصه المميزة عن طريق تسجيل الإلكترونات المنعكسة أو الإلكترونات الثانوية الناشئة أثناء تفاعل الشعاع مع السطح).

المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) . يشبه تصميم المجهر TEM تصميم المجهر الضوئي التقليدي (الشكل 1)، ولا تُستخدم سوى الإلكترونات (أي الموجات المقابلة لها) بدلاً من أشعة الضوء. تم إنشاء أول جهاز من هذا النوع في عام 1932. العلماء الألمان M. Knoll و E. Ruska. في مثل هذا المجهر، يتم استبدال مصدر الضوء بما يسمى بمسدس الإلكترون (مصدر الإلكترون). عادة ما يكون مصدر الإلكترون هو كاثود التنغستن أو سداسي بوريد اللانثانم الساخن. ويتم عزل الكاثود كهربائياً عن باقي الجهاز، ويتم تسريع الإلكترونات بواسطة مجال كهربائي قوي. يصدر الكاثود المعدني 2 إلكترونات يتم تجميعها في شعاع باستخدام قطب التركيز 3 وتستقبل الطاقة تحت تأثير مجال كهربائي قوي في الفراغ بين الكاثود والأنود 1. ولإنشاء هذا المجال، يجب استخدام جهد عالي 100 كيلو فولت. أو يتم تطبيق أكثر على الأقطاب الكهربائية. يتم توجيه شعاع الإلكترونات الخارج من مدفع الإلكترون باستخدام عدسة مكثفة 4 إلى الجسم المعني، مما يؤدي إلى تشتيت الإلكترونات وعكسها وامتصاصها. يتم تركيزها بواسطة العدسة الموضوعية 5، التي تخلق صورة وسيطة للكائن 7. تقوم عدسة الإسقاط 6 مرة أخرى بجمع الإلكترونات وإنشاء صورة ثانية أكثر تكبيرًا للكائن على شاشة الانارة، والتي، تحت تأثيرها، من الإلكترونات، يتم إنشاء صورة مضيئة للكائن. وباستخدام لوحة فوتوغرافية موضوعة تحت الشاشة، يتم الحصول على صورة للكائن المعني.

مجهر(من اليونانية ميكروس- صغيرة و skopeo- أنا أنظر) - جهاز بصري للحصول على صورة مكبرة للأجسام الصغيرة وتفاصيلها غير مرئية بالعين المجردة.

تم إنشاء أول مجهر معروف عام 1590 في هولندا على يد أخصائيي البصريات الوراثيين زكرياو هانز يانسن الذي قام بتركيب عدستين محدبتين داخل أنبوب واحد. لاحقاً ديكارت في كتابه "Dioptrics" (1637) وصف مجهرًا أكثر تعقيدًا يتكون من عدستين - مقعرة مسطحة (عدسة عينية) ومحدبة ثنائية (موضوعية). مزيد من التحسين للبصريات جعل من الممكن أنتوني فان ليفينهوك في عام 1674، صنع عدسات ذات تكبير كافٍ لإجراء ملاحظات علمية بسيطة، ولأول مرة في عام 1683، وصف الكائنات الحية الدقيقة.

يتكون المجهر الحديث (الشكل 1) من ثلاثة أجزاء رئيسية: الضوئية والإضاءة والميكانيكية.

التفاصيل الرئيسية الجزء البصري يتكون المجهر من نظامين من العدسات المكبرة: عدسة تواجه عين الباحث وعدسة تواجه العينة. العدسات ولها عدستان، العليا تسمى الرئيسية، والسفلى تسمى العدسة الجماعية. تشير إطارات العدسة إلى ما تنتجه. يزيد(×5، ×7، ×10، ×15). قد يختلف عدد العدسات الموجودة على المجهر، وبالتالي أحادي و منظار مقرب المجاهر (المصممة لمراقبة جسم ما بعين واحدة أو عينين)، وكذلك ثلاثي العينيات مما يسمح لك بتوصيل أنظمة التوثيق (كاميرات الصور والفيديو) بالمجهر.

العدسات عبارة عن نظام من العدسات محاط بإطار معدني، تنتج العدسة الأمامية (الأمامية) منه التكبير، وتقوم العدسات التصحيحية الموجودة خلفها بإزالة العيوب في الصورة البصرية. تشير الأرقام الموجودة على إطار العدسة أيضًا إلى ما تنتجه. يزيد (×8، ×10، ×40، ×100). تم تجهيز معظم النماذج المخصصة للأبحاث الميكروبيولوجية بعدسات متعددة بدرجات مختلفة من التكبير وآلية دوارة مصممة للتغيير السريع - برج ، غالبا ما يطلق عليه " برج ».

جزء الإضاءةتم تصميمه لإنشاء تدفق ضوئي يسمح لك بإضاءة الجسم بطريقة تجعل الجزء البصري من المجهر يؤدي وظائفه بدقة متناهية. يقع جزء الإضاءة من مجهر الضوء المنقول مباشرة خلف الجسم تحت العدسة ويتضمن مصدر ضوء (مصباح وإمدادات الطاقة الكهربائية) و النظام البصري الميكانيكي (المكثف والميدان والحجاب الحاجز القابل للتعديل). مكثف يتكون من نظام عدسات مصممة لتجميع الأشعة القادمة من مصدر الضوء عند نقطة واحدة - ركز ، والتي يجب أن تكون في مستوى الكائن قيد النظر. في دورها د الحجاب الحاجز يقع أسفل المكثف وهو مصمم لتنظيم (زيادة أو نقصان) تدفق الأشعة المارة من مصدر الضوء.

الجزء الميكانيكييحتوي المجهر على أجزاء تجمع بين الأجزاء الضوئية والأجزاء الضوئية الموضحة أعلاه، وتسمح أيضًا بوضع العينة قيد الدراسة وحركتها. وبناء على ذلك، يتكون الجزء الميكانيكي من أسباب المجهر و مالك ، والتي يتم إرفاقها بالجزء العلوي أنبوب - أنبوب مجوف مصمم لاستيعاب العدسة وكذلك البرج المذكور أعلاه. في الأسفل يكون منصة ، حيث يتم تركيب الشرائح التي تحتوي على العينات التي تتم دراستها. يمكن تحريك المسرح أفقياً باستخدام جهاز مناسب، وكذلك لأعلى ولأسفل، مما يسمح بضبط دقة الصورة باستخدام الإجمالي (الماكرومتري) و مسامير الدقة (ميكرومترية).

يزيد،يتم تحديد ما ينتجه المجهر من خلال ناتج التكبير الموضوعي وتكبير العدسة. بالإضافة إلى الفحص المجهري للمجال الضوئي، يتم استخدام ما يلي على نطاق واسع في طرق البحث الخاصة: المجال المظلم، وتباين الطور، والإنارة (الفلورسنت)، والمجهر الإلكتروني.

أساسي(ملك) ضوئي يحدث دون معالجة خاصة للأدوية وهو متأصل في عدد من المواد النشطة بيولوجيا، مثل الأحماض الأمينية العطرية، البورفيرينات، الكلوروفيل، الفيتامينات A، B2، B1، بعض المضادات الحيوية (التتراسيكلين) والمواد العلاجية الكيميائية (أكريكين، ريفانول). ثانوي (الناجم عن) ضوئي يحدث نتيجة معالجة الأجسام المجهرية بأصباغ الفلورسنت - الفلوروكروم. يتم توزيع بعض هذه الأصباغ بشكل منتشر في الخلايا، والبعض الآخر يرتبط بشكل انتقائي ببعض هياكل الخلايا أو حتى ببعض المواد الكيميائية.

لإجراء هذا النوع من الفحص المجهري خاص المجاهر المضيئة (الفلورية). ويختلف عن المجهر الضوئي التقليدي بوجود مجهر قوي مصدر ضوء (مصباح الكوارتز الزئبقي عالي الضغط أو مصباح الكوارتز المتوهج الهالوجين)، ينبعث في الغالب في منطقة الأشعة فوق البنفسجية طويلة الموجة أو منطقة الموجة القصيرة (البنفسجية الزرقاء) من الطيف المرئي.

يستخدم هذا المصدر لإثارة الفلورسنت قبل أن يمر الضوء المنبعث من خلال خاص مثير (بنفسجي مزرق) مرشح الضوء وينعكس التشوش فاصل الاشعة سِجِلّ ، مما يؤدي إلى قطع الإشعاع ذي الطول الموجي الأطول بشكل كامل تقريبًا ونقل فقط ذلك الجزء من الطيف الذي يثير التألق. في الوقت نفسه، في النماذج الحديثة من المجاهر الفلورية، يضرب الإشعاع المثير العينة من خلال العدسة (!) بعد إثارة الفلورسنت، يدخل الضوء الناتج إلى العدسة مرة أخرى، وبعد ذلك يمر عبر العدسة الموجودة أمام العدسة قفل (أصفر) مرشح الضوء ، قطع الإشعاع المثير قصير الموجة ونقل ضوء التلألؤ من الدواء إلى عين المراقب.

نظرًا لاستخدام مثل هذا النظام من مرشحات الضوء، تكون شدة توهج الجسم المرصود منخفضة عادةً، وبالتالي يجب إجراء الفحص المجهري الفلوري بطريقة خاصة غرف مظلمة .

من المتطلبات المهمة عند إجراء هذا النوع من الفحص المجهري أيضًا الاستخدام غمر غير الفلورسنت و أرفق وسائل الإعلام . على وجه الخصوص، لإخماد التألق الداخلي لزيت الأرز أو زيت الغمر الآخر، تتم إضافة كميات صغيرة من النيتروبنزين إليه (من 2 إلى 10 قطرات لكل 1 جرام). في المقابل، يمكن استخدام محلول منظم من الجلسرين، وكذلك البوليمرات غير الفلورية (البوليسترين، كحول البولي فينيل) باعتبارها تحتوي على وسائط للأدوية. خلاف ذلك، عند إجراء الفحص المجهري التلألؤ، يتم استخدام شرائح زجاجية عادية وأغطية ساترة، والتي تنقل الإشعاع في الجزء المستخدم من الطيف وليس لها التلألؤ الخاص بها.

وبناء على ذلك، فإن المزايا الهامة للمجهر الفلوري هي:

1) صورة ملونة؛

2) درجة عالية من التباين للأشياء ذاتية الإضاءة على خلفية سوداء؛

3) إمكانية دراسة الهياكل الخلوية التي تمتص بشكل انتقائي مختلف الفلوروكرومات، وهي مؤشرات كيميائية خلوية محددة؛

4) القدرة على تحديد التغيرات الوظيفية والمورفولوجية في الخلايا في ديناميات تطورها؛

5) إمكانية تلطيخ الكائنات الحية الدقيقة المحددة (باستخدام التألق المناعي).

المجهر الإلكتروني

تم وضع الأسس النظرية لاستخدام الإلكترونات لمراقبة الأجسام المجهرية دبليو هاميلتون ، الذي أقام تشبيهًا بين مرور أشعة الضوء في الوسائط غير المتجانسة بصريًا ومسارات الجسيمات في مجالات القوة، وكذلك دي بروجلي ، الذي طرح الفرضية القائلة بأن الإلكترون له خصائص جسيمية وموجية.

علاوة على ذلك، وبسبب الطول الموجي القصير للغاية للإلكترونات، والذي يتناقص بشكل مباشر مع جهد التسارع المطبق، فإن المحسوبة نظريًا حد القرار ، الذي يميز قدرة الجهاز على عرض تفاصيل صغيرة وأقصى موقع لجسم ما بشكل منفصل، بالنسبة للمجهر الإلكتروني هو 2-3 Å ( أنجستروم ، حيث 1Å=10 -10 م)، وهو أعلى بعدة آلاف المرات من المجهر الضوئي. تم الحصول على أول صورة لجسم يتكون من أشعة الإلكترون في عام 1931. العلماء الألمان م. كنوليم و إي روسكا .

في تصميمات المجاهر الإلكترونية الحديثة، مصدر الإلكترونات هو المعدن (عادة التنغستن)، والذي ينتج منه بعد التسخين إلى 2500 درجة مئوية. انبعاث حراري تنبعث الإلكترونات. بمساعدة المجالات الكهربائية والمغناطيسية، تم تشكيلها تدفق الإلكترون يمكنك تسريع وإبطاء، وكذلك الانحراف في أي اتجاه والتركيز. وهكذا فإن دور العدسات في المجهر الإلكتروني يتم لعبه بواسطة مجموعة من الأجهزة المغناطيسية والكهروستاتيكية والمدمجة المصممة بشكل مناسب تسمى " العدسات الإلكترونية" .

الشرط الضروري لحركة الإلكترونات على شكل شعاع عبر مسافة طويلة هو أيضًا إنشاء مكنسة لأنه في هذه الحالة فإن متوسط ​​المسار الحر للإلكترونات بين الاصطدامات بجزيئات الغاز سوف يتجاوز بشكل كبير المسافة التي يجب أن تتحرك خلالها. ولهذه الأغراض، يكفي الحفاظ على ضغط سلبي يبلغ حوالي 10 -4 باسكال في غرفة العمل.

حسب طبيعة الأجسام التي تدرسها تنقسم المجاهر الإلكترونية إلى: شفاف، عاكس، انبعاث، النقطية، الظل و مرآة ، ومن بينها الأكثر استخدامًا الأولين.

التصميم البصري انتقال (نقل) المجهر الإلكتروني يعادل تمامًا تصميم المجهر الضوئي المقابل الذي يتم فيه استبدال شعاع الضوء بشعاع إلكتروني واستبدال أنظمة العدسات الزجاجية بأنظمة العدسات الإلكترونية. وبناءً على ذلك، يتكون المجهر الإلكتروني النافذ من المكونات الرئيسية التالية: نظام الإضاءة، كاميرا الكائن، نظام التركيز و وحدة تسجيل الصور النهائية مكون من كاميرا وشاشة فلورسنت.

وترتبط جميع هذه العقد ببعضها البعض، لتشكل ما يسمى بـ "عمود المجهر"، حيث يتم الحفاظ على الفراغ بداخله. من المتطلبات المهمة الأخرى للكائن قيد الدراسة أن يكون سمكه أقل من 0.1 ميكرون. يتم تشكيل الصورة النهائية للكائن بعد التركيز المناسب لشعاع الإلكترون الذي يمر عبره فيلم فوتوغرافي أو شاشة الفلورسنت مغلفة بمادة خاصة هي الفوسفور (تشبه الشاشة الموجودة في أنابيب صور التلفاز) وتحول الصورة الإلكترونية إلى صورة مرئية.

في هذه الحالة، يرتبط تكوين الصورة في المجهر الإلكتروني النافذ بشكل أساسي بدرجات مختلفة من تشتت الإلكترون بواسطة مناطق مختلفة من العينة قيد الدراسة، وبدرجة أقل، مع اختلافات في امتصاص الإلكترون بواسطة هذه المناطق. يتم أيضًا تحسين التباين باستخدام " الأصباغ الإلكترونية "(رباعي أكسيد الأوزميوم، اليورانيل، وما إلى ذلك)، يرتبط بشكل انتقائي بمناطق معينة من الجسم. توفر المجاهر الإلكترونية النافذة الحديثة، المصممة بطريقة مماثلة أقصى التكبير المفيد ما يصل إلى 400000 مرة، وهو ما يتوافق مع دقة عند 5.0 أنجستروم. يُطلق على البنية الدقيقة للخلايا البكتيرية التي يتم الكشف عنها باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ اسم البنية التحتية .

في المجهر الإلكتروني العاكس (المسح). يتم إنشاء الصورة باستخدام الإلكترونات المنعكسة (المتناثرة) بواسطة الطبقة السطحية لجسم ما عندما يتم تشعيعها بزاوية صغيرة (بضع درجات تقريبًا) على السطح. وبناءً على ذلك، فإن تكوين الصورة يرجع إلى اختلاف تشتت الإلكترون في نقاط مختلفة من الجسم اعتمادًا على التضاريس الدقيقة لسطحه، وتظهر نتيجة هذا الفحص المجهري نفسه على شكل بنية سطح الجسم المرصود. يمكن تعزيز التباين عن طريق تناثر الجزيئات المعدنية على سطح الجسم. تبلغ الدقة المحققة للمجاهر من هذا النوع حوالي 100 Å.

مصمم لتكوين صور مكبرة ثنائية الأبعاد ملتقطة في مستويات بؤرية للعينة تقع بشكل تسلسلي على طول المحور البصري، مما يوفر إمكانية الفحص ثنائي وثلاثي الأبعاد للتفاصيل الهيكلية الصغيرة للعينة. يتم تركيب المكونات البصرية على قاعدة متينة ومريحة، مما يسمح بالاستبدال السريع والتوسيط الدقيق والمحاذاة الدقيقة للمجموعات المترابطة بصريًا. معًا، تشكل المكونات البصرية والميكانيكية للمجهر، بما في ذلك العينة الموضوعة بين الشريحة والشفة، نظامًا بصريًا يمر محوره المركزي عبر قاعدة المجهر وحامله.

يتكون النظام البصري للمجهر عادة من ضوء (بما في ذلك مصدر الضوء وعدسة تجميع)، ومكثف، وعينة، وهدف، وعدسة عينية، وكاشف ضوئي، والذي يمكن أن يكون إما كاميرا أو عين الراصد. تحتوي مجاهر البحث أيضًا على جهاز معالجة شعاع ضوئي (مسبق)، يقع عادةً بين المصباح والمكثف، وكاشف ضوئي إضافي أو مرشحات يتم إدخالها بين العدسة والعدسة العينية أو الكاميرا. يوفر التشغيل المنسق للكاشف الضوئي وجهاز (أجهزة) المعالجة المسبقة للشعاع تغييرات في تباين الصورة كدالة للتردد المكاني، والطور، والاستقطاب، والامتصاص، والفلورة، والإضاءة خارج المحور و/أو خصائص العينة وظروف الإضاءة الأخرى. ولكن حتى بدون أجهزة إضافية لمعالجة شعاع الإضاءة وتصفية الموجات التي تشكل الصورة، فإن معظم التكوينات المجهرية الأساسية تتمتع بدرجة معينة من الترشيح الطبيعي.

مقدمة

تم تصميم المجاهر المعقدة الحديثة لتكوين صور مكبرة ثنائية الأبعاد ملتقطة في مستويات بؤرية للعينة تقع بشكل تسلسلي على طول المحور البصري، مما يوفر إمكانية الفحص ثنائي وثلاثي الأبعاد للتفاصيل الهيكلية الصغيرة للعينة.

تم تجهيز معظم المجاهر بآلية حركة المرحلة التي تسمح للمجهر بتحديد موضع العينة وتوجيهها وتركيزها بدقة لتحسين المراقبة والتصوير. يتم التحكم في شدة الإضاءة ومسار الأشعة في المجهر عن طريق وضع الأغشية والمرايا والمنشورات ومقسمات الأشعة والعناصر البصرية الأخرى في مواضع معينة، وبالتالي تحقيق السطوع والتباين المطلوب للعينة.

يُظهر الشكل 1 مجهر Nikon Eclipse E600، مع أنبوب ثلاثي العينيات وكاميرا رقمية DXM-1200 لتسجيل الصور. يتم إنتاج الإضاءة بواسطة مصباح الهالوجين مع خيوط التنغستن الموجودة في وحدة المصباح، والتي يمر الضوء منها أولاً عبر عدسة مجمعة ثم يدخل المسار البصري عند قاعدة المجهر. يتم تعديل شعاع الضوء المنبعث من المصباح المتوهج بواسطة سلسلة من المرشحات الموجودة أيضًا في قاعدة المجهر، وبعد ذلك، ينعكس من المرآة، ويسقط عبر الحجاب الحاجز الميداني على المكثف. يضيء مخروط الضوء الذي يشكله المكثف العينة الموجودة على منصة المجهر ويدخل إلى الهدف. بعد العدسة، يتم تقسيم شعاع الضوء بواسطة مقسم الشعاع/وحدة المنشور وتوجيهه إما إلى العدسة، حيث يتم تشكيل صورة افتراضية، أو إلى عدسة الإسقاط للأنبوب المتوسط ​​ثلاثي العينيات لتشكيل صورة رقمية على مصفوفة الثنائي الضوئي CCD نظام تسجيل الصور الرقمية والتصور.

يتم تركيب المكونات البصرية للمجاهر الحديثة على قاعدة متينة ومريحة، مما يسمح بالاستبدال السريع والتوسيط الدقيق والضبط الدقيق للمجموعات المترابطة بصريًا. معًا، تشكل المكونات البصرية والميكانيكية للمجهر، بما في ذلك العينة الموضوعة بين الشريحة والشفة، نظامًا بصريًا يمر محوره المركزي عبر قاعدة المجهر وحامله.

النظام البصري المجهرييتكون عادة من ضوء (بما في ذلك مصدر الضوء وعدسة تجميع)، ومكثف، وعينة، وعدسة، وعدسة عينية، وكاشف ضوئي، والذي يمكن أن يكون إما كاميرا أو عين المراقب (الجدول 1).
تحتوي مجاهر البحث أيضًا على جهاز معالجة مسبقة لشعاع الضوء، يقع عادةً بين المصباح والمكثف، وكاشف ضوئي إضافي أو مرشحات ضوئية توضع بين العدسة والعدسة العينية أو الكاميرا. يوفر التشغيل المنسق للكاشف الضوئي وجهاز (أجهزة) المعالجة المسبقة للشعاع تغييرات في تباين الصورة كدالة للتردد المكاني، والطور، والاستقطاب، والامتصاص، والفلورة، والإضاءة خارج المحور و/أو خصائص العينة وظروف الإضاءة الأخرى. ولكن حتى بدون أجهزة إضافية لمعالجة شعاع الإضاءة وتصفية الموجات التي تشكل الصورة، فإن معظم التكوينات المجهرية الأساسية تتمتع بدرجة معينة من الترشيح الطبيعي.

الجدول 1. مكونات النظام البصري المجهر.

مكون المجهر	العناصر والخصائص
المنور	مصدر الضوء، العدسة المجمعة، الحجاب الحاجز، المرشحات الحرارية، مرشحات التسوية، الناشر، مرشحات الكثافة المحايدة
جهاز المعالجة المسبقة للشعاع	غشاء القزحية المكثف، الحجاب الحاجز للمجال المظلم، قناع الظل، حلقات الطور، الحجاب الحاجز خارج المحور، منشور نومارسكي، مرشح الإثارة الفلوري
مكثف	الفتحة الرقمية، البعد البؤري، الانحرافات، انتقال الضوء، وسط الغمر، مسافة العمل
عينة	سمك الشريحة، سمك ساترة، وسط الغمر، الامتصاص، النقل، الحيود، مضان، التخلف، الانكسار المزدوج
عدسة	التكبير، الفتحة الرقمية، البعد البؤري، وسط الغمر، الانحرافات، نقل الضوء، وظيفة النقل البصري، مسافة العمل
مرشح الصورة	المعوض، المحلل، منشور نومارسكي، قزحية العدسة، لوحة الطور، مرشح SSEE، لوحة التعديل، نقل الضوء، اختيار الطول الموجي، مرشح قطع الفلورة
العدسة	التكبير، الانحرافات، حجم المجال، إزاحة العين
الكاشف	العين البشرية، المستحلب الضوئي، المضاعف الضوئي، مصفوفة الثنائي الضوئي، كاميرا الفيديو

في حين أن بعض المكونات البصرية للمجهر تعمل كعناصر لتشكيل الصورة، فإن بعضها الآخر مصمم لإجراء تعديلات مختلفة على الشعاع المضيء، كما يؤدي وظائف التصفية والنقل. مكونات تكوين الصورة في النظام البصري للمجهر هي العدسة المجمعة (الموجودة في الضوء أو بجواره)، والمكثف، والهدف، وأنبوب العدسة (أو العدسة)، والعناصر الانكسارية للعين البشرية أو عدسة الكاميرا. على الرغم من أن بعض هذه المكونات ليست عادةً مكونات مكونة للصورة، إلا أن خصائصها لها أهمية قصوى في تحديد جودة الصورة المجهرية النهائية.

مسار موجات الضوء من خلال عدسة مثالية

يعد فهم دور العدسات الفردية التي تشكل مكونات النظام البصري أمرًا أساسيًا لفهم عملية التصوير في المجهر. أبسط عنصر لتشكيل الصورة هو العدسة المثالية (الشكل 2) - المصححة بشكل مثالي، الخالية من الانحرافات وتجمع الضوء في نقطة واحدة. يتم تركيز شعاع ضوئي متوازي ومجاور للمحور، منكسر في عدسة مجمعة، عند نقطة بؤرته أو بؤرته (في الشكل 2 يشار إليه بالنقش ركز). وغالبا ما تسمى هذه العدسات إيجابي، لأنها تعزز التقارب الأسرع لشعاع الضوء المتقارب (المتقارب) وتبطئ تباعد الشعاع المتباعد. ينبثق الضوء من مصدر نقطي يقع عند النقطة البؤرية للعدسة في شعاع موازي محوري (الاتجاه من اليمين إلى اليسار في الشكل 2). تسمى المسافة بين العدسة وبؤرتها البعد البؤريالعدسات (المشار إليها بالحرف f في الشكل 2).

غالبًا ما يتم وصف الظواهر الضوئية من خلال نظرية الكم أو البصريات الموجية، اعتمادًا على المشكلة المطروحة. عندما يمر الضوء عبر العدسة، يمكن إهمال خصائصه الموجية ويمكن افتراض أنه ينتقل في خطوط مستقيمة، تسمى عادة الأشعة. غالبًا ما تكون المخططات الشعاعية البسيطة أو مسارات الشعاع كافية لشرح العديد من الجوانب والمفاهيم المهمة للفحص المجهري، بما في ذلك الانكسار والبعد البؤري والتكبير والتصوير والفتحات. في حالات أخرى، يُعتقد بشكل أكثر ملاءمة أن موجات الضوء تتكون من جسيمات فردية (الكمات)، خاصة عندما يتم إنشاء الضوء بواسطة حدث ميكانيكي كمي أو يتحول إلى شكل آخر من أشكال الطاقة. في مناقشتنا، سيتم النظر في الأشعة المحورية التي تمر عبر العدسات البصرية من حيث البصريات الموجية والهندسية (الشعاعية) (مخططات الشعاع التي تنتشر فيها الأشعة من اليسار إلى اليمين). المجاور للمحور (أو المجاور للمحور) هي أشعة ضوئية تمر بالقرب من المحور البصري؛ في هذه الحالة، يمكن اعتبار قيم زوايا السقوط والانكسار، المعبر عنها بالراديان، مساوية تقريبًا لقيم جيبها.

في شعاع ضوء متوازي، تتشكل موجات فردية أحادية اللون مجموعة الأمواجالنواقل الكهربائية والمغناطيسية التي تتأرجح في الطور والشكل جبهة الموجة; وفي هذه الحالة، يكون اتجاه انتشاره متعامدًا مع اتجاه التذبذبات. عند المرور عبر عدسة مثالية، تتحول الموجة المستوية إلى موجة كروية، مركزها البؤرة ( ركز) العدسات (الشكل 2). تتداخل موجات الضوء المجمعة عند نقطة محورية، مما يعزز بعضها البعض. على العكس من ذلك، فإن مقدمة الموجة الكروية المتباعدة عن النقطة البؤرية للعدسة المثالية تتحول بواسطتها إلى موجة مستوية (الانتشار من اليمين إلى اليسار في الشكل 2). ينكسر كل شعاع ضوئي من موجة مستوية في عدسة مع اختلاف طفيف عن الآخرين لأنه يضرب سطحها بزاوية مختلفة قليلا. عند الخروج من العدسة، يتغير اتجاه شعاع الضوء أيضًا. في الأنظمة الحقيقية، تعتمد زاوية الانكسار والنقطة البؤرية للعدسة أو مجموعة العدسات على سمك وهندسة ومعامل الانكسار وتشتت كل مكون من مكونات النظام.

الجزء الكهربائي من المجهر

على عكس العدسة المكبرة، يحتوي المجهر على مستويين للتكبير على الأقل. تم تصميم الأجزاء الوظيفية والهيكلية والتكنولوجية للمجهر لضمان عمل المجهر والحصول على صورة مستقرة وأكثر دقة ومكبرة للكائن. سننظر هنا إلى بنية المجهر ونحاول وصف الأجزاء الرئيسية للمجهر.

من الناحية الوظيفية، ينقسم جهاز المجهر إلى 3 أجزاء:

1. جزء الإضاءة

يشتمل جزء الإضاءة من تصميم المجهر على مصدر ضوء (مصباح ومصدر طاقة كهربائية) ونظام ميكانيكي بصري (مجمع ومكثف ومجال وفتحة قابلة للتعديل/أغشية قزحية).

2. إعادة إنتاج الجزء

مصممة لإعادة إنتاج كائن في مستوى الصورة بجودة الصورة والتكبير المطلوب للبحث (أي إنشاء صورة من شأنها إعادة إنتاج الكائن بأكبر قدر ممكن من الدقة وبكل التفاصيل مع الدقة والتكبير والتباين وتجسيد الألوان المتوافقة مع البصريات المجهرية).
يوفر الجزء المتكاثر المرحلة الأولى من التكبير ويقع بعد الجسم على مستوى الصورة المجهرية.
يشتمل الجزء المعاد إنتاجه على عدسة ونظام بصري وسيط.

تعتمد المجاهر الحديثة من أحدث جيل على أنظمة العدسات البصرية المصححة إلى ما لا نهاية. يتطلب هذا بالإضافة إلى ذلك استخدام ما يسمى بالأنظمة الأنبوبية، والتي "تجمع" حزمًا متوازية من الضوء الخارجة من العدسة في مستوى الصورة المجهرية.

3. جزء التصور

مصمم للحصول على صورة حقيقية لجسم ما على شبكية العين، أو فيلم فوتوغرافي أو لوحة، على شاشة التلفزيون أو شاشة الكمبيوتر مع تكبير إضافي (المرحلة الثانية من التكبير).
يقع جزء التصوير بين مستوى الصورة للعدسة وعين المراقب (الكاميرا الرقمية).
يتضمن جزء التصوير ملحقًا بصريًا أحاديًا أو ثنائيًا أو ثلاثي العينيات مع نظام مراقبة (عدسات تعمل مثل العدسة المكبرة).
بالإضافة إلى ذلك، يتضمن هذا الجزء أنظمة تكبير إضافية (تاجر الجملة/أنظمة التغيير)؛ مرفقات الإسقاط، بما في ذلك مرفقات المناقشة لمراقبين أو أكثر؛ جهاز الرسم؛ أنظمة تحليل وتوثيق الصور مع المحولات المناسبة للكاميرات الرقمية.

تخطيط العناصر الرئيسية للمجهر الضوئي

من الناحية التصميمية والتكنولوجية، يتكون المجهر من الأجزاء التالية:

• ميكانيكي؛
• بصري.
• كهربائي.

1. الجزء الميكانيكي للمجهر

جهاز المجهريتحول على نفسه حامل ثلاثي القوائم،وهو الكتلة الهيكلية والميكانيكية الرئيسية للمجهر. يتضمن الحامل ثلاثي القوائم الكتل الرئيسية التالية: قاعدةو حامل الأنبوب.

قاعدةعبارة عن كتلة يتم تركيب المجهر عليها بالكامل وهي أحد الأجزاء الرئيسية للمجهر. في المجاهر البسيطة، يتم تثبيت مرايا الإضاءة أو الإضاءة العلوية على القاعدة. في النماذج الأكثر تعقيدًا، يتم دمج نظام الإضاءة في القاعدة بدون أو مع مصدر طاقة.

أنواع قواعد المجهر:

1. قاعدة مع مرآة الإضاءة؛
2. وما يسمى بالإضاءة "الحرجة" أو المبسطة؛
3. إضاءة كولر.

1. وحدة تغيير العدسة، التي تحتوي على خيارات التصميم التالية - جهاز دوار، جهاز ملولب لربط العدسة، "زلاجة" لتركيب العدسات بدون خيوط باستخدام أدلة خاصة؛
2. آلية التركيز لضبط المجهر الخشن والدقيق للحدة - آلية تركيز حركة العدسات أو المراحل؛
3. نقطة المرفقات لجداول الكائنات القابلة للاستبدال؛
4. وحدة تركيب لتركيز وحركة المكثف؛
5. نقطة ربط للمرفقات القابلة للاستبدال (المرئية، الفوتوغرافية، التلفزيونية، أجهزة الإرسال المختلفة).

قد تستخدم المجاهر حوامل لتركيب المكونات (على سبيل المثال، آلية التركيز في المجاهر المجسمة أو حامل الإضاءة في بعض نماذج المجاهر المقلوبة).

المكون الميكانيكي البحت للمجهر هو منصة، مخصص لتثبيت أو تثبيت كائن المراقبة في موضع معين. يمكن أن تكون الجداول ثابتة ومنسقة ومدورة (مركزية وغير مركزية).

2. البصريات المجهرية (الجزء البصري)

توفر المكونات والملحقات البصرية الوظيفة الرئيسية للمجهر - وهي إنشاء صورة مكبرة لجسم بدرجة كافية من الموثوقية في الشكل ونسبة الحجم للعناصر المكونة واللون. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن توفر البصريات جودة صورة تلبي أهداف الدراسة ومتطلبات طرق التحليل.
العناصر البصرية الرئيسية للمجهر هي العناصر البصرية التي تشكل أنظمة الإضاءة (بما في ذلك المكثف)، والمراقبة (العدسات) وإعادة الإنتاج (بما في ذلك العدسات) للمجهر.

أهداف المجهر

— هي أنظمة بصرية مصممة لبناء صورة مجهرية في مستوى الصورة مع التكبير المناسب ودقة العناصر ودقة إعادة إنتاج شكل ولون كائن الدراسة. الأهداف هي واحدة من الأجزاء الرئيسية للمجهر. تتميز بتصميم ميكانيكي بصري معقد، يتضمن عدة عدسات مفردة ومكونات ملتصقة معًا من عدستين أو ثلاث عدسات.
يتم تحديد عدد العدسات من خلال نطاق المهام التي تحلها العدسة. كلما زادت جودة الصورة التي تنتجها العدسة، زاد تعقيد تصميمها البصري. يمكن أن يصل إجمالي عدد العدسات في هدف معقد إلى 14 (على سبيل المثال، يمكن أن ينطبق هذا على هدف مستوٍ ملون مع تكبير 100x وفتحة رقمية 1.40).

تتكون العدسة من أجزاء أمامية وخلفية. تواجه العدسة الأمامية (أو نظام العدسات) العينة وهي العدسة الرئيسية في تكوين صورة ذات جودة مناسبة؛ فهي تحدد مسافة العمل والفتحة الرقمية للعدسة. يوفر الجزء اللاحق، بالاشتراك مع الجزء الأمامي، التكبير المطلوب والطول البؤري وجودة الصورة، ويحدد أيضًا ارتفاع العدسة وطول أنبوب المجهر.

تصنيف العدسة

تصنيف العدسات أكثر تعقيدًا من تصنيف المجاهر. يتم تقسيم العدسات وفقًا لمبدأ جودة الصورة المحسوبة والخصائص البارامترية والتكنولوجية التصميمية، وكذلك وفقًا لأساليب البحث والتباين.

وفقا لمبدأ جودة الصورة المحسوبةالعدسات يمكن أن تكون:

• لوني.
• لا لوني.
• عدسات المجال المسطح (الخطة).

العدسات اللونية.

تم تصميم العدسات اللونية للاستخدام في النطاق الطيفي 486-656 نانومتر. يتم إجراء تصحيح أي انحراف (الألونية) لطولين موجيين. تقضي هذه العدسات على الانحراف الكروي، وانحراف الموضع اللوني، والغيبوبة، والاستجماتيزم، والانحراف الكروي اللوني جزئيًا. صورة الكائن لها لون مزرق محمر قليلاً.

العدسات اللالونية.

تحتوي الأهداف اللالونية على منطقة طيفية ممتدة ويتم إجراء عملية الأكروماتية بثلاثة أطوال موجية. في الوقت نفسه، بالإضافة إلى اللوني الموضعي، والانحراف الكروي، والغيبوبة والاستجماتيزم، يتم أيضًا تصحيح الطيف الثانوي والانحراف اللوني الكروي بشكل جيد، وذلك بفضل إدخال العدسات الكريستالية والنظارات الخاصة في التصميم. بالمقارنة مع العدسات اللونية، تحتوي هذه العدسات عادةً على فتحات رقمية أعلى، وتنتج صورًا أكثر وضوحًا، وتعيد إنتاج لون الهدف بدقة.

شبه أبوكروماتأو ميكروفلورارز.

عدسات حديثة بجودة صورة متوسطة.

العدسات المخططة.

في العدسات المخططة، تم تصحيح انحناء الصورة عبر المجال، مما يضمن صورة واضحة للكائن في جميع أنحاء مجال المراقبة بأكمله. تُستخدم العدسات المخططة عادةً في التصوير الفوتوغرافي، حيث تكون العدسات المخططة هي الأكثر فعالية.

تتزايد الحاجة إلى هذا النوع من العدسات، لكنها باهظة الثمن بسبب التصميم البصري الذي ينفذ مجال صورة مسطح والوسائط البصرية المستخدمة. ولذلك فإن المجاهر الروتينية ومجاهر العمل مجهزة بما يسمى العدسات الاقتصادية. وتشمل هذه العدسات ذات جودة صورة محسنة في جميع أنحاء المجال: عدسات أكروماتس (LEICA)، وكرومات CP وطائرات أكروبلان (CARL ZEISS)، وكروماتس ستيغماتس (LOMO).

وفقا للخصائص البارامتريةوتنقسم العدسات على النحو التالي:

1. أهداف ذات طول أنبوب محدود (على سبيل المثال، 160 مم) وأهداف تم تصحيحها لطول الأنبوب "لانهاية" (على سبيل المثال، مع نظام أنبوب إضافي له طول بؤري مجهر يبلغ 160 مم)؛
2. عدسات صغيرة (حتى 10x)؛ تكبير متوسط ​​(حتى 50x) وعالي (أكثر من 50x)، بالإضافة إلى العدسات ذات التكبير الفائق (أكثر من 100x)؛
3. العدسات ذات الفتحات الرقمية الصغيرة (حتى 0.25) والمتوسطة (حتى 0.65) والكبيرة (أكثر من 0.65)، بالإضافة إلى العدسات ذات الفتحات الرقمية المتزايدة (مقارنة بالتقليدية) (على سبيل المثال، عدسات التصحيح اللالونية، بالإضافة إلى العدسات الخاصة عدسات للمجاهر الفلورية)؛
4. العدسات ذات مسافات العمل المتزايدة (مقارنةً بالتقليدية)، وكذلك مسافات العمل الكبيرة والطويلة جدًا (عدسات للعمل في المجاهر المقلوبة). مسافة العمل هي المسافة الحرة بين الجسم (مستوى زجاج الغطاء) والحافة السفلية للإطار (العدسة، إذا كانت بارزة) للمكون الأمامي للعدسة؛
5. العدسات التي توفر المراقبة داخل المجال الخطي العادي (حتى 18 ملم)؛ عدسات واسعة المجال (حتى 22.5 ملم)؛ عدسات ذات مجال واسع للغاية (أكثر من 22.5 ملم)؛
6. العدسات قياسية (45 مم، 33 مم) وغير قياسية في الارتفاع.

الارتفاع - المسافة من المستوى المرجعي للعدسة (مستوى التلامس للعدسة المثبتة بالجهاز الدوار) إلى مستوى الجسم الذي يحتوي على مجهر مركّز، هي قيمة ثابتة وتضمن التركيز البؤري لمجموعة من عدسات ذات ارتفاع مماثل ذات تكبيرات مختلفة مثبتة في الجهاز الدوار. بمعنى آخر، إذا كنت تستخدم عدسة ذات تكبير واحد للحصول على صورة حادة لجسم ما، فعند الانتقال إلى التكبير اللاحق، تظل صورة الكائن حادة داخل عمق مجال العدسة.

وفقا للتصميم والخصائص التكنولوجيةهناك التقسيم التالي:

1. العدسات ذات الإطار الزنبركي (بدءًا من الفتحة العددية 0.50) وبدونها؛
2. العدسات التي تحتوي على غشاء قزحية بالداخل لتغيير الفتحة الرقمية (على سبيل المثال، في العدسات ذات الفتحة الرقمية المتزايدة، في عدسات الضوء المنقولة لتنفيذ طريقة المجال المظلم، في العدسات المستقطبة للضوء المنعكس)؛
3. عدسات ذات إطار (تحكم) تصحيحي، يضمن حركة العناصر البصرية داخل العدسة (على سبيل المثال، لضبط جودة صورة العدسة عند العمل بسماكات مختلفة من زجاج الغطاء أو مع سوائل غمر مختلفة؛ وكذلك لتغيير التكبير أثناء التغيير السلس - البنكرياسي - في التكبير) وبدونها.

توفير البحوث والأساليب المتناقضةويمكن تقسيم العدسات على النحو التالي:

1. أهداف العمل مع وبدون غطاء زجاجي؛
2. عدسات الضوء المنقول والمنعكس (غير المنعكس)؛ العدسات المضيئة (مع الحد الأدنى من اللمعان الداخلي)؛ العدسات المستقطبة (بدون توتر زجاجي في العناصر البصرية، أي دون إدخال إزالة الاستقطاب الخاصة بها)؛ عدسات الطور (التي تحتوي على عنصر الطور - حلقة شفافة داخل العدسة)؛ عدسات DIC التي تعمل باستخدام طريقة تباين التداخل التفاضلي (الاستقطاب باستخدام عنصر المنشور)؛ Epilenses (العدسات الضوئية المنعكسة، المصممة لتوفير طرق الضوء والظلام، تحتوي على مرايا Epilens المضيئة المصممة خصيصًا في تصميمها)؛
3. العدسات الغمرية وغير الغمرية.

غمر ( من اللات. غمر - غمر) هو سائل يملأ الفراغ بين جسم المراقبة وهدف غمر خاص (مكثف وشريحة زجاجية). يتم استخدام ثلاثة أنواع من سوائل الغمر بشكل أساسي: غمر الزيت (MI/Oil)، غمر الماء (WI/W) وغمر الجلسرين (GI/Glyc)، مع استخدام الأخير بشكل رئيسي في الفحص المجهري فوق البنفسجي.
يتم استخدام الغمر في الحالات التي يكون فيها ذلك ضروريًا لزيادة دقة المجهر أو عندما يكون استخدامه مطلوبًا من خلال العملية التكنولوجية للفحص المجهري. هذا يحدث:

1. زيادة الرؤية عن طريق زيادة الفرق بين معامل انكسار الوسط والجسم؛
2. زيادة عمق الطبقة المرئية والذي يعتمد على معامل انكسار الوسط.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن لسائل الغمر أن يقلل من كمية الضوء الشارد عن طريق القضاء على الوهج الصادر عن الهدف. وهذا يلغي فقدان الضوء الذي لا مفر منه عند دخوله إلى العدسة.

عدسات الغمر.يتم حساب واختيار جودة الصورة والمعلمات والتصميم البصري للعدسات الغاطسة مع الأخذ في الاعتبار سمك طبقة الغمر، والتي تعتبر بمثابة عدسة إضافية ذات معامل انكسار مناظر. يؤدي وضع السائل المغمور بين الجسم والمكون الأمامي للعدسة إلى زيادة الزاوية التي يتم عندها رؤية الجسم (زاوية الفتحة). لا تتجاوز الفتحة الرقمية للعدسة (الجافة) الخالية من الغمر 1.0 (الدقة حوالي 0.3 ميكرومتر لطول الموجة الرئيسي)؛ الغمر - يصل إلى 1.40 اعتمادًا على معامل انكسار الغمر والإمكانيات التكنولوجية لتصنيع العدسة الأمامية (دقة هذه العدسة حوالي 0.12 ميكرون).
تتميز الأهداف الغمرية ذات التكبير العالي بطول بؤري قصير يبلغ 1.5-2.5 مم مع مسافة عمل حرة تبلغ 0.1-0.3 مم (المسافة من مستوى العينة إلى إطار العدسة الأمامية للعدسة).

علامات العدسة.

يتم وضع علامة على البيانات الخاصة بكل عدسة على جسمها تشير إلى المعلمات التالية:

1. التكبير ("x" - أضعاف، مرات): 8x، 40x، 90x؛
2. غير متوفر: 0.20؛ 0.65، على سبيل المثال: 40/0.65 أو 40x/0.65؛
3. علامة حرف إضافية إذا تم استخدام العدسة لمختلف طرق البحث والتباين: الطور - Ф (Рп2 - الرقم يتوافق مع العلامة الموجودة على مكثف أو ملحق خاص)، الاستقطاب - П (Pol)، الانارة - Л (L)، الطور - الإنارة - FL ( PhL)، EPI (Epi، HD) - آلات إزالة الشعر للعمل في الضوء المنعكس باستخدام طريقة المجال المظلم، تباين التداخل التفاضلي - DIC (DIC)، على سبيل المثال: 40x/0.65 F أو Ph2 40x/0.65؛
4. وضع علامات على نوع التصحيح البصري: أبوكرومات - APO (ARO)، بلانكرومات - بلان (PL، بلان)، بلانكرومات - بلان-APO (بلان-أرو)، أكرومات محسنة، شبه خطة - CX - ستيجماترومات (أكروستيجمات، CP-) أكرومات، أكروبلان)، ميكروفلوار (شبه بلان-شبه أبوكرومات) - SF أو M-FLUAR (MICROFLUAR، NEOFLUAR، NPL، FLUOTAR).

العدسات

أنظمة بصرية مصممة لبناء صورة مجهرية على شبكية عين المراقب. بشكل عام، تتكون العدسات من مجموعتين من العدسات: عدسة العين، وهي الأقرب إلى عين الراصد، وعدسة المجال، وهي الأقرب إلى المستوى الذي تبني فيه العدسة صورة للجسم المعني.

يتم تصنيف العدسات وفقًا لنفس مجموعات خصائص العدسات:

1. العدسات التعويضية (K - تعوض الفرق اللوني في تكبير العدسة بنسبة تزيد عن 0.8٪) والعمل غير التعويضي؛
2. العدسات الميدانية العادية والمسطحة.
3. العدسات ذات الزاوية الواسعة (مع رقم العدسة - منتج تكبير العدسة ومجالها الخطي - أكثر من 180) ؛ زاوية واسعة جدًا (مع عدد بصري يزيد عن 225)؛
4. العدسات ذات الحدقة الممتدة للعمل مع النظارات أو بدونها؛
5. عدسات المراقبة، عدسات الإسقاط، عدسات الصور، الجمال؛
6. عدسات ذات تصويب داخلي (باستخدام عنصر متحرك داخل العدسة، يتم التعديل على صورة حادة للشبكاني أو مستوى الصورة المجهرية؛ بالإضافة إلى تغيير سلس البنكرياس في تكبير العدسة) وبدونها.

نظام الانارة

نظام الإضاءة هو جزء مهم تصاميم المجهروهو عبارة عن نظام من العدسات والأغشية والمرايا (يتم استخدام الأخيرة إذا لزم الأمر)، مما يضمن إضاءة موحدة للجسم وملء كامل لفتحة العدسة.
يتكون نظام الإضاءة للمجهر الضوئي المنقول من جزأين: المجمع والمكثف.

جامع.
مع نظام إضاءة الضوء المنقول المدمج، يقع جزء المجمع بالقرب من مصدر الضوء عند قاعدة المجهر وهو مصمم لزيادة حجم الجسم المضيء. لضمان التعديل، يمكن جعل المجمع متحركًا ويتحرك على طول المحور البصري. يقع الحجاب الحاجز الميداني للمجهر بالقرب من المجمع.

مكثف.
تم تصميم النظام البصري للمكثف لزيادة كمية الضوء التي تدخل المجهر. يقع المكثف بين الجسم (المسرح) والمنور (مصدر الضوء).
في أغلب الأحيان، في المجاهر التعليمية والبسيطة، يمكن جعل المكثف غير قابل للإزالة وغير متحرك. وفي حالات أخرى، يكون المكثف جزءًا قابلاً للإزالة، وعند ضبط الإضاءة، يكون له حركة تركيز على طول المحور البصري وحركة توسيط متعامدة مع المحور البصري.
يوجد في المكثف دائمًا فتحة إضاءة لقزحية الحجاب الحاجز.

يعد المكثف أحد العناصر الرئيسية التي تضمن عمل المجهر باستخدام طرق الإضاءة والتباين المختلفة:

• الإضاءة المائلة (الحجاب الحاجز من الحافة إلى المركز وإزاحة الحجاب الحاجز لفتحة الإضاءة بالنسبة للمحور البصري للمجهر) ؛
• الحقل المظلم (الفتحة القصوى من المركز إلى حافة فتحة الإضاءة)؛
• تباين الطور (إضاءة حلقة لجسم ما، بينما تتناسب صورة حلقة الضوء مع حلقة الطور للعدسة).

تصنيف المكثفاتقريب في مجموعات الخصائص من العدسات:

1. تنقسم المكثفات، بناءً على جودة الصورة ونوع التصحيح البصري، إلى مكثفات غير لونية، ولا لونية، ولابلانية، ولالونية-لابلانية؛
2. المكثفات ذات الفتحة العددية الصغيرة (حتى 0.30)، والفتحة العددية المتوسطة (حتى 0.75)، والفتحة العددية الكبيرة (أكثر من 0.75)؛
3. المكثفات ذات مسافات العمل العادية والطويلة والطويلة للغاية؛
4. المكثفات التقليدية والخاصة لمختلف طرق البحث والتباين؛
5. تصميم المكثف فردي، مع عنصر قابل للطي (مكون أمامي أو عدسة ذات مجال كبير)، مع عنصر أمامي ملولب.

مكثف آبي- مكثف غير مصحح لجودة الصورة، يتكون من عدستين غير لونيتين: إحداهما ثنائية التحدب والأخرى محدبة مستوية، تواجه موضوع المراقبة (الجانب المسطح من هذه العدسة موجه نحو الأعلى). فتحة المكثف أ = 1.20. لديه الحجاب الحاجز القزحية.

مكثف أبلانيك- مكثف يتكون من ثلاث عدسات مرتبة على النحو التالي: العدسة العلوية محدبة مستوية (الجانب المسطح موجه نحو العدسة)، تليها العدسات المقعرة المحدبة ثم العدسات المحدبة الثنائية. تم تصحيحه فيما يتعلق بالانحراف الكروي والغيبوبة. فتحة المكثف أ = 1.40. لديه الحجاب الحاجز القزحية.

مكثف لوني- تم تصحيح المكثف بالكامل للانحراف اللوني والكروي.

مكثف المجال المظلم- مكثف مصمم للحصول على تأثير المجال المظلم. يمكن أن يكون خاصًا أو محولاً من مكثف عادي للمجال الساطع عن طريق تثبيت قرص معتم بحجم معين في مستوى غشاء القزحية للمكثف.

وضع علامات على المكثف.
يتم وضع علامة على الفتحة الرقمية (الإضاءة) في الجزء الأمامي من المكثف.

3. الجزء الكهربائي للمجهر

تستخدم المجاهر الحديثة، بدلاً من المرايا، مصادر إضاءة مختلفة تعمل بالطاقة من شبكة كهربائية. يمكن أن تكون إما مصابيح متوهجة عادية أو مصابيح هالوجين أو زينون أو زئبق. أصبحت إضاءة LED أيضًا ذات شعبية متزايدة. تتميز بمزايا كبيرة مقارنة بالمصابيح التقليدية، مثل المتانة، وانخفاض استهلاك الطاقة، وما إلى ذلك. لتشغيل مصدر الإضاءة، يتم استخدام مصادر طاقة مختلفة ووحدات الإشعال وغيرها من الأجهزة التي تحول التيار من الشبكة الكهربائية إلى تيار مناسب لتشغيل جهاز معين. مصدر الإضاءة. يمكن أن تكون هذه أيضًا بطاريات قابلة لإعادة الشحن، مما يسمح لك باستخدام المجاهر في الميدان في حالة عدم وجود نقطة اتصال.