ما هي التطبيقات الرئيسية للمجاهر الضوئية
المجهر البصري هو أداة علمية قديمة وشابة. منذ ولادتها ، لديها تاريخ من ثلاثمائة عام. تستخدم المجاهر الضوئية على نطاق واسع ، كما هو الحال في علم الأحياء والكيمياء والفيزياء وعلم الفلك ، وما إلى ذلك. في بعض أعمال البحث العلمي ، كل هذا لا ينفصل عن المجهر.
في الوقت الحاضر ، أصبح تقريبًا صورة تأييد للعلم والتكنولوجيا. ما عليك سوى رؤية ظهوره المتكرر في تقارير وسائل الإعلام حول العلوم والتكنولوجيا لترى أن هذا صحيح.
في علم الأحياء ، لا يمكن فصل المختبر عن هذه الأداة التجريبية ، والتي يمكن أن تساعد المتعلمين على دراسة العالم المجهول ؛ لفهم العالم.
المستشفيات هي أكبر أماكن تطبيق المجاهر. يتم استخدامها بشكل أساسي لفحص التغييرات في سوائل جسم المريض ، والبكتيريا التي تغزو جسم الإنسان ، والتغيرات في بنية الخلية ، وما إلى ذلك ، وتزويد الأطباء بأساليب مرجعية وتحقق لصياغة خطط العلاج. في الجراحة المجهرية ، يعتبر المجهر هو الأداة الوحيدة للطبيب. في الزراعة ، لا يمكن للتربية ، ومكافحة الآفات وغيرها من الأعمال الاستغناء عن مساعدة المجهر ؛ في الإنتاج الصناعي ، من الممكن معالجة الأجزاء الدقيقة وفحصها وتجميعها ، ودراسة خصائص المواد. مكان لإظهار مواهبهم. غالبًا ما يعتمد المحققون الجنائيون على المجاهر لتحليل مختلف الجرائم المجهرية ، كوسيلة مهمة لتحديد الجاني الحقيقي ؛ تستخدم أقسام حماية البيئة أيضًا المجاهر للكشف عن الملوثات الصلبة المختلفة ؛ يستخدم مهندسو الجيولوجيا والتعدين والآثار الثقافية وعلماء الآثار مساعدة المجاهر. يمكن استخدام القرائن التي تم العثور عليها بواسطة المجهر للحكم على المناجم العميقة تحت الأرض أو استنتاج الصورة الحقيقية للتاريخ المترب ؛ حتى الحياة اليومية للناس لا تنفصل عن المجهر ، مثل صناعة التجميل وتصفيف الشعر ، والتي يمكن أن تستخدم المجهر للكشف عن الجلد والشعر وما إلى ذلك. احصل على أفضل النتائج. يمكن ملاحظة مدى ارتباط المجهر بإنتاج الناس وحياتهم.
وفقًا لأغراض التطبيق المختلفة ، يمكن تصنيف المجاهر تقريبًا ، وهناك أربع فئات شائعة: المجاهر البيولوجية ، والمجاهر المعدنية ، والمجاهر المجسمة ، والمجاهر المستقطبة. كما يوحي الاسم ، تُستخدم المجاهر البيولوجية بشكل أساسي في الطب الحيوي ، وتكون كائنات المراقبة في الغالب أجسامًا مجهرية شفافة أو شفافة ؛ تستخدم المجاهر المعدنية بشكل أساسي لمراقبة سطح الأجسام المعتمة ، مثل البنية المعدنية والعيوب السطحية للمواد ؛ عندما يتم تكبير الكائن وتصويره ، فإنه يجعل أيضًا اتجاه الكائن والصورة بالنسبة للعين البشرية متسقًا ، ولديه إحساس بالعمق ، وهو ما يتماشى مع العادات البصرية التقليدية للناس ؛ يستخدم مجهر الضوء المستقطب خصائص الإرسال أو الانعكاس للمواد المختلفة للضوء المستقطب لتمييز مكونات الكائنات الدقيقة المختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا تقسيم بعض الأنواع الخاصة إلى أقسام فرعية ، مثل المجهر البيولوجي المقلوب أو مجهر الثقافة ، وهو مجهر بيولوجي يستخدم بشكل أساسي لمراقبة الثقافة من خلال قاع وعاء الاستنبات ؛ يستخدم مجهر التألق مواد معينة لامتصاص ضوء محدد بطول موجي أقصر وخصائص إصدار ضوء موجي أطول محدد ، للعثور على وجود هذه المواد وتحديد محتواها ؛ يمكن أن تشكل مجاهر المقارنة صورًا متجاورة أو متراكبة لكائنين في نفس مجال الرؤية ، وذلك لمقارنة أوجه التشابه والاختلاف بين الكائنين.
تتكون المجاهر الضوئية التقليدية بشكل أساسي من أنظمة بصرية والهياكل الميكانيكية التي تدعمها. تشتمل الأنظمة البصرية على عدسات موضوعية وعدسات ومكثفات ، وهي عبارة عن عدسات مكبرة معقدة مصنوعة من نظارات بصرية مختلفة. تقوم العدسة الموضوعية بتكبير العينة ، ويتم تحديد تكبيرها M بالصيغة التالية: كائن M=Δ ∕ f'object ، حيث f'object هو الطول البؤري للعدسة الشيئية ، و يمكن فهمه على أنه المسافة بين العدسة الشيئية والعدسة العينية. تقوم العدسة بتكبير الصورة التي شكلتها العدسة الشيئية مرة أخرى ، وتشكل صورة افتراضية عند 250 مم أمام أعين الناس للمراقبة. هذا هو الموقف الأكثر راحة للمراقبة لمعظم الناس. تكبير العدسة هو M eye=250 / f 'eye، f' هو البعد البؤري للعدسة. إن التكبير الكلي للمجهر هو نتاج العدسة الشيئية والعينية ، أي M=Mobject * Meye=Δ * 250 f'eye * f ؛ كائن. يمكن ملاحظة أن تقليل البعد البؤري للعدسة الموضوعية والعينية سيزيد من التكبير الكلي ، وهو مفتاح رؤية الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا بالمجهر ، وهو أيضًا الفرق بينها وبين العدسات المكبرة العادية.
لذا ، هل يمكن تصور تقليل شبكة `` الكائن و '' بشكل لا نهائي من أجل زيادة التكبير حتى نتمكن من رؤية المزيد من الكائنات الدقيقة؟ الجواب لا! هذا لأن الضوء المستخدم في التصوير هو في الأساس موجة كهرومغناطيسية ، لذلك سيحدث الانعراج والتداخل حتمًا أثناء عملية الانتشار ، تمامًا مثل التموجات على سطح الماء التي نراها في الحياة اليومية يمكن أن تنحرف عند مواجهة العوائق ، وعند وجود عمودين من موجات الماء ، يمكن أن تقوي بعضها البعض. أو ضعفت. عندما تدخل موجة الضوء المنبعثة من نقطة جسم انبعاث ضوئي على شكل نقطة إلى العدسة الشيئية ، فإن إطار العدسة الموضوعية يعيق انتشار الضوء ، مما يؤدي إلى الانعراج والتداخل. هناك سلسلة من الهالات ذات الشدة الضعيفة والضعف تدريجيًا. نطلق على النقطة المضيئة المركزية قرص Airy. عندما تقترب نقطتا انبعاث الضوء من مسافة معينة ، ستتداخل بقعتا الضوء حتى لا يمكن تأكيدهما على أنهما بقعتان ضوئيتان. اقترح Rayleigh معيارًا ، وهو أنه عندما تكون المسافة بين مركزي البقعتين الضوئيتين مساوية لنصف قطر قرص Airy ، يمكن التمييز بين نقطتي الضوء. بعد الحساب ، المسافة بين نقطتي انبعاث الضوء في هذا الوقت هي e =0. 61 ∕n.sinA=0.61 In ∕ NA ، في الصيغة ، هو الطول الموجي للضوء الموجة ، يبلغ الطول الموجي لموجة الضوء التي يمكن أن تستقبلها العين البشرية حوالي 0. 4-0. 7um ، n هو مؤشر الانكسار للوسط حيث توجد نقطة انبعاث الضوء ، مثل في الهواء ، n≈1 ، في الماء ، n≈1.33 ، و A هو نصف زاوية فتح النقطة المضيئة لإطار العدسة الشيئية ، و NA تسمى الفتحة العددية للعدسة الشيئية. يمكن أن نرى من الصيغة أعلاه أن المسافة بين النقطتين التي يمكن أن تميزها العدسة الموضوعية محدودة بطول موجة الضوء والفتحة العددية. نظرًا لأن الطول الموجي لأقصى عين بشرية يبلغ حوالي 0. 5um ، لا يمكن أن تتجاوز الزاوية A 9 0 درجات ، و sinA دائمًا أقل من 1. الحد الأقصى لمعامل الانكسار لوسط نقل الضوء المتاح تساوي 1.5 تقريبًا ، لذا فإن قيمة e دائمًا أكبر من 0. 2um ، وهي أصغر مسافة حدية يستطيع المجهر الضوئي حلها. من خلال التكبير بالمجهر ، إذا كنت تريد تكبير مسافة نقطة الكائن e التي يمكن حلها بواسطة عدسة موضوعية ذات قيمة NA معينة كافية لتمييزها بالعين البشرية ، Me أكبر من أو يساوي 0. 15 ملم ، حيث {{3 0}. 15 مم هي عين الإنسان التي تم الحصول عليها تجريبياً الحد الأدنى للمسافة بين جسمين صغيرين موضوعين 250 مم أمام العينين يمكن تمييزهما ، لذا M أكبر من أو يساوي (0.15 ∕ 0.61 في) NA≈500N.A ، من أجل جعل الملاحظة ليست مرهقة للغاية ، يكفي مضاعفة M ، أي 500N. أقل من أو يساوي M أقل من أو يساوي 1000N.A هو نطاق اختيار معقول للتكبير الكلي للمجهر. بغض النظر عن حجم التكبير الكلي ، فإنه لا معنى له ، لأن الفتحة العددية للعدسة الموضوعية قد حدت من الحد الأدنى للمسافة القابلة للحل. يتم تفصيل الأشياء الصغيرة.
يعد تباين التصوير مشكلة رئيسية أخرى في المجاهر الضوئية. التباين المزعوم هو التباين الأسود والأبيض أو اختلاف اللون بين الأجزاء المتجاورة على سطح الصورة. يصعب على العين البشرية الحكم على الاختلاف في السطوع أدناه 0. 02. أكثر حساسية بقليل. بعض كائنات المراقبة المجهرية ، مثل العينات البيولوجية ، لها اختلاف بسيط في السطوع بين التفاصيل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن أخطاء التصميم والتصنيع للنظام البصري المجهر تقلل من تباين التصوير وتجعل من الصعب التمييز. في هذا الوقت ، لا يمكن رؤية تفاصيل الكائن بوضوح ، ليس لأن التكبير الكلي منخفض جدًا. ، ليس لأن الفتحة العددية للعدسة الموضوعية صغيرة جدًا ، ولكن لأن تباين سطح الصورة منخفض جدًا.
على مر السنين ، عمل الناس بجد لتحسين قوة التحليل وتصوير التباين في المجاهر. مع التقدم المستمر لتكنولوجيا وأدوات الكمبيوتر ، تتحسن أيضًا نظرية وأساليب التصميم البصري باستمرار. أدى التحسين المستمر لطرق الكشف وابتكار طرق المراقبة إلى جعل جودة التصوير بالمجاهر الضوئية قريبة من الدرجة المثالية لحد الانعراج. يمكن أن تتكيف مع البحث في جميع أنواع العينات. على الرغم من أن أدوات التكبير والتصوير مثل المجهر الإلكتروني والمجهر فوق الصوتي قد ظهرت على التوالي في السنوات الأخيرة ، إلا أنها تتمتع بأداء مفيد في بعض الجوانب ، لكنها لا تزال غير مكلفة وملائمة وبديهية ، ومناسبة بشكل خاص للبحث عن الكائنات الحية. المجاهر الضوئية المتنافسة ، والتي لا تزال متماسكة بقوة. من ناحية أخرى ، جنبًا إلى جنب مع الليزر والكمبيوتر وتكنولوجيا المواد الجديدة وتكنولوجيا المعلومات ، فإن المجهر البصري القديم يجدد ويظهر حيوية قوية. يظهر مجهر رقمي ، مجهر مسح متحد البؤر بالليزر ، مجهر مسح المجال القريب ، مجهر ثنائي الفوتون وأدوات ذات وظائف جديدة مختلفة أو قابلة للتكيف مع مختلف الظروف البيئية الجديدة في تيار لا نهاية له ، مما يزيد من توسيع مجال تطبيق المجاهر الضوئية ، كمثال. ما مدى إثارة الصور المجهرية للتكوينات الصخرية التي تم تحميلها من روفر المريخ! يمكننا أن نعتقد تمامًا أن المجهر الضوئي سيفيد البشرية بموقف جديد.
