میکروسکوپ مرکب: اصل، اجزا، کاربردها و نمودار

مقدمه‌ای بر میکروسکوپ مرکب

در میکروسکوپ مرکب، نور از منبع نوری به نمونه تابیده می‌شود و از آن عبور کرده و به لنز‌های اهداف می‌رسد. لنز اهداف تصویر نمونه را بزرگ می‌کند و سپس این تصویر توسط چشمی بیشتر بزرگ‌نمایی می‌شود. بنابراین، تصویری که در نهایت مشاهده می‌شود، ترکیبی از بزرگ‌نمایی‌های ایجاد شده توسط این دو لنز است.

اصول میکروسکوپ مرکب

بزرگنمایی‌های مختلف برای اهداف مختلف در میکروسکوپ‌های مرکب معمولاً از ۴ برابر تا ۱۰۰ برابر متغیر است. اکثراً از چشمی‌های ۱۰ برابر استفاده می‌شود که در مجموع بزرگنمایی‌های ۴۰ برابر تا ۱۰۰۰ برابر را ایجاد می‌کند.

میکروسکوپ مرکب به طور گسترده‌ای تصور می‌شد توسط زاکاریاس یانسن ساخته شده است، با استفاده از لوله‌های قابل تاشو نیمه شکسته که بزرگنمایی تا ۹ برابر ایجاد می‌کند. با این حال، بیشتر کارشناسان معتقدند که پدرش، هانس، باید نقش قابل توجهی در ساخت این وسیله داشته باشد.

معمولاً نمونه یا شیء مورد بررسی بر روی یک لام شیشه‌ای شفاف قرار می‌گیرد و بین لنزهای کاندانسور و لنز شیئی قرار می‌گیرد. یک شعاع نور قابل رؤیت توسط لنز کندانسور از پایه بر روی نمونه متمرکز می‌شود. نور توسط لنز شیئی که در داخل لوله قرار دارد، گرفته می‌شود و توسط لنز اکولر یا چشمی بزرگنمایی می‌شود. اگر بزرگنمایی بالاتری نیاز باشد، نوک میکروسکوپ مرکب پس از تمرکز در قدرت کم، برای همگام‌سازی هدف بزرگنمایی بالاتر با بخش روشن شده لام چرخش می‌کند.

بزرگنمایی میکروسکوپ مرکب

قدرت بزرگنمایی میکروسکوپ مرکب با فرمول زیر محاسبه می‌شود:

M= m_o*m_e

که در آن:

•  M: قدرت بزرگنمایی میکروسکوپ مرکب
• m_o: قدرت بزرگنمایی عدسی شیئی (Objective Lens)
• m_e: قدرت بزرگنمایی چشمی (Eyepiece)

برای مثال، اگر عدسی شیئی بتواند 40 برابر و چشمی 10 برابر بزرگنمایی ایجاد کند، نمونه در کل 400 برابر بزرگنمایی می‌شود.

وقتی تصویر نهایی در بی‌نهایت تشکیل شود، با فرمول زیر محاسبه می‌شود:

M= D/ f_o * L/f_o 

که در آن:

•  D: کمترین فاصله دید واضح (حدود 25 سانتی‌متر)
•  L: طول لوله میکروسکوپ
• f_o : فاصله کانونی عدسی شیئی
• f_o : فاصله کانونی چشمی

در نتیجه، کاملاً واضح است که افزایش فاصله کانونی هر دو عدسی چشمی و شیئی منجر به کاهش قدرت بزرگنمایی میکروسکوپ می‌شود.

بخش‌های تشکیل دهنده میکروسکوپ مرکب

میکروسکوپ مرکب از اجزای ساختاری و اپتیکی زیر تشکیل شده است:

• هد/ لوله بدنه (Head/Body Tube): این بخش بالایی میکروسکوپ را تشکیل می‌دهد که حاوی منشور و لوله‌های چشمی است. وجود یک هد با یک چشمی به عنوان هد مونوکولر (تک چشمی) شناخته می‌شود، در حالی که هد دوگانه دارای دو چشمی است.
• بازو (Arm): بازویی محکم و خمیده است که برای نگه داشتن میکروسکوپ در هنگام جابه‌جایی از جایی به جای دیگر استفاده می‌شود و همچنین برای اتصال لوله به پایه میکروسکوپ عمل می‌کند.
• پایه/ کف (Base/Foot): این بخش، پایین‌ترین جزء میکروسکوپ است که به عنوان تکیه‌گاهی برای تحمل کل وزن میکروسکوپ عمل می‌کند. این امر قرار دادن آن روی میز یا نیمکت را تسهیل می‌کند.
• سوئیچ کننده (Nosepiece): این قطعه همچنین به عنوان برجک چرخان شناخته می‌شود و حاوی سه تا پنج عدسی شیئی است و در زیر هد میکروسکوپ قرار دارد. سوئیچ کننده می‌تواند در هر جهتی بچرخد تا عدسی شیئی را روی روزنه صحنه قفل کند.
• سکو (Stage): سکویی است که نمونه‌های معمولاً روی یک اسلاید شیشه‌ای برای مشاهده روی آن قرار می‌گیرند. صحنه می‌تواند اشکال مختلفی از جمله طراحی مستطیلی، مربعی یا دایره‌ای داشته باشد. اکثر میکروسکوپ‌های مرکب دارای یک صحنه مکانیکی با ارتفاع قابل تنظیم هستند.
• مفصل شیب‌دار (Inclination Joint): این مفصل امکان کج کردن میکروسکوپ به عقب را برای مشاهده راحت‌تر فراهم می‌کند. مفصل شیب‌دار ناحیه‌ای است که یک پین در محل اتصال بازوی میکروسکوپ به پایه آن قرار دارد.
• گیره‌های صحنه (Stage Clips): صحنه‌ها برای نگه داشتن اسلاید نمونه در جای خود به دو گیره در قسمت بالایی مجهز شده‌اند.
• دکمه صحنه مکانیکی (Mechanical Stage Knob): این دکمه‌ها دو عدد هستند که یکی از آن‌ها اسلاید را از یک طرف به طرف دیگر حرکت می‌دهد و دیگری به حرکت به جلو و عقب کمک می‌کند.
• دیافراگم عنبیه (Iris Diaphragm): این دیافراگم مستقیماً زیر صحنه قرار دارد و با تنظیم مقدار نوری که وارد کندانسور می‌شود، کنتراست را کنترل می‌کند.
• کندانسور (Condenser): این بخش زیر دیافراگم عنبیه قرار دارد. وظیفه آن همگرا کردن نور ناشی از منبع نور و تمرکز آن روی نمونه است.
• دکمه تنظیم بزرگ (Coarse Adjustment Knob): یک دکمه بزرگ با یک دکمه کوچک‌تر در وسط در دو طرف میکروسکوپ، نزدیک به پایه وجود دارد. این دکمه بزرگ، صحنه را بالا یا پایین می‌برد و برای نزدیک کردن شیء برای فوکوس کردن استفاده می‌شود. دکمه تنظیم بزرگ فقط باید با عدسی‌های شیئی با قدرت یا اسکن کم استفاده شود.
• دکمه تنظیم دقیق (Fine Adjustment Knob): این دکمه‌ها، دکمه‌های کوچکی در دو طرف میکروسکوپ هستند که برای فوکوس دقیق روی یک شیء استفاده می‌شوند. هنگام استفاده از عدسی شیئی با قدرت بالا (40X) فقط باید از دکمه تنظیم دقیق برای تمام فوکوس‌ها استفاده شود.
• عدسی چشمی/ عدسی شیئی (Eyepiece/ Ocular Lens): این عدسی در بالای بدنه قرار دارد و از طریق آن می‌توان تصویر بزرگ شده نمونه روی اسلاید را مشاهده کرد. قدرت بزرگنمایی عدسی چشمی 10 برابر است.
• تنظیم دیوپتر (Diopter Adjustment): این قابلیت به تنظیم فوکوس روی یک عدسی چشمی در هنگام استفاده از دو عدسی چشمی برای نگاه کردن از طریق میکروسکوپ کمک می‌کند تا اختلاف دید بین دو چشم را جبران کند.
• عدسی‌های شیئی (Objective Lenses): معمولاً سه تا چهار عدسی شیئی با قدرت بزرگنمایی 4X، 10X، 40X و 100X در میکروسکوپ‌های مرکب موجود است.
• عدسی شیئی اسکن (4X): کمترین بزرگنمایی ارائه شده توسط هر عدسی شیئی متعلق به عدسی شیئی اسکن است. بزرگنمایی معمولی برای عدسی‌های شیئی اسکن 4 برابر است. این لنزها به طور تقریبی بزرگنمایی کافی برای مشاهده کلی اسلاید را برای کاربران فراهم می‌کنند.
• عدسی شیئی با قدرت کم (10X): یکی از بهترین لنزها برای مشاهده و بررسی نمونه‌های اسلاید شیشه‌ای، عدسی شیئی با قدرت کم است، زیرا قدرت بزرگنمایی بالاتری نسبت به عدسی شیئی اسکن دارد.
• عدسی شیئی با قدرت بالا (40X): این بلندترین عدسی شیئی خواهد بود، اگر میکروسکوپ فقط سه لنز داشته باشد. این لنز برای دیدن یک شیء با جزئیات بسیار بیشتر به کار می‌رود. عدسی شیئی با قدرت بالای 40 برابر، اشیاء را 40 برابر بزرگ می‌کند.
• عدسی شیئی با ایمرسیون در روغن (100X): این نوع عدسی در میکروسکوپ‌های چهارعدسی با قدرت بزرگنمایی 100x وجود دارد. این کار نیاز به افزودن یک قطره روغن ایمرسیون روی نمونه دارد.
• چراغ (Illuminator): یک لامپ هالوژن یکپارچه در پایه قرار دارد و کندانسور را روشن می‌کند و معمولاً یک دکمه چرخان برای تنظیم میزان روشنایی در یک طرف آن تعبیه شده است. با این حال، میکروسکوپ‌های قدیمی‌تر از آینه‌ای به عنوان چراغ استفاده می‌کردند که با انعکاس نور طبیعی به پایه میکروسکوپ عمل می‌کرد.

دستورالعمل کار با میکروسکوپ مرکب

مراحل زیر نحوه کار با میکروسکوپ را توضیح می‌دهد:

1. انتخاب عدسی شیئی با کمترین قدرت: ابتدا عدسی شیئی با کمترین قدرت (مثلا 4X) را با چرخاندن برجک/سوئیچ کننده بچرخانید تا در جای خود قرار گیرد.
2. قرار دادن اسلاید روی سکو: اسلاید میکروسکوپ را روی استیج قرار دهید و با استفاده از گیره‌‌های استیج آن را محکم کنید.
3. بالا بردن صحنه: در حالی که از کنار به عدسی شیئی و صحنه نگاه می‌کنید، پیچ فوکوس را بچرخانید تا صحنه بالا رود. تا جایی که امکان دارد صحنه را بالا ببرید، اما مراقب باشید که عدسی شیئی با لامِل (coverslip) برخورد نکند.
4. تنظیم فوکوس: با نگاه کردن از طریق عدسی چشمی، پیچ فوکوس را بچرخانید تا تصویر واضح شود.
5. تنظیم نور و کندانسور: برای نور زیاد، روشنایی نور و موقعیت کندانسور را تنظیم کنید.
6. حرکت دادن اسلاید: هنگامی که نمونه در مرکز میدان دید قرار گرفت، اسلاید میکروسکوپ را حرکت دهید.
7. تنظیم نهایی: پس از فوکوس کردن نمونه با استفاده از پیچ فوکوس، برای واضح‌ترین تصویر، کندانسور و شدت نور را تنظیم کنید.
8. استفاده از عدسی‌های دیگر: پس از اینکه تصویری واضح از نمونه خود با کمترین قدرت عدسی شیئی به دست آوردید، می‌توانید به سراغ عدسی‌های شیئی بعدی بروید. ممکن است نیاز باشد فوکوس نمونه و/یا شدت نور و کندانسور را تنظیم کنید. توجه: مطمئن شوید عدسی شیئی با اسلاید برخورد نکند!
9. پایین آوردن استیج و جمع کردن میکروسکوپ: بعد از اینکه کارتان تمام شد، صحنه را پایین بیاورید، لنز کم قدرت را در جای خود قرار دهید و سپس اسلاید را خارج کنید.

کاربردهای میکروسکوپ مرکب

میکروسکوپ مرکب در موارد زیر بسیار کاربردی است:

• آزمایشگاه‌های آسیب‌شناسی: در حین انجام آزمایش خون برای تشخیص بیماری.
• میکروبیولوژی: برای مشاهده و درک باکتری‌ها و ویروس‌ها.
• زمین‌شناسی: برای تعیین وجود یا عدم وجود مواد معدنی و فلزات.
• آموزش: در آزمایش‌های علمی مدارس و دانشگاه‌ها برای دیدن باکتری‌ها و ویروس‌هایی که به طور معمول با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیستند.
• آزمایشگاه‌های پزشکی قانونی: سلول‌های انسانی برداشته شده و برای کمک به شناسایی و حل جنایات مختلف تحت میکروسکوپ مورد مطالعه قرار می‌گیرند.
• زیست‌شناسی گیاهی: برای بررسی سلول‌های گیاهی و شناسایی میکروارگانیسم‌های زنده در آن‌ها.

مزایای میکروسکوپ مرکب

• کار با میکروسکوپ نوری مرکب نسبتاً ساده است.
• به دلیل اندازه متوسط، به راحتی قابل نگهداری است.
• این یک ابزار ضروری در زمینه‌های زیست‌شناسی و پزشکی است.
• به ما امکان می‌دهد نمونه‌های واقعی را به صورت لحظه‌ای مشاهده کنیم.
• در مقایسه با میکروسکوپ الکترونی، مقرون به صرفه‌تر است.

محدودیت‌های میکروسکوپ مرکب

• بالاترین بزرگنمایی قابل دستیابی با میکروسکوپ نوری مرکب 2000 برابر است.
• از این وسیله نمی‌توان برای مشاهده برخی نمونه‌ها از جمله برخی ویروس‌ها، اتم‌ها و مولکول‌ها استفاده کرد.

نکات ایمنی در هنگام استفاده از میکروسکوپ مرکب

• هرگز انگشتان خود را نزدیک قسمت شیشه‌ای لنزها قرار ندهید. اگر می‌خواهید لنزها را تمیز کنید، فقط از دستمال مخصوص لنز استفاده کنید.
• هنگامی که از میکروسکوپ استفاده نمی‌شود، منبع نور آن را خاموش کنید. در نتیجه، عمر لامپ‌ها بیشتر شده و مصرف انرژی کاهش می‌یابد.
• توصیه می‌شود هنگام حمل میکروسکوپ از هر دو دست استفاده کنید. با یک دست بازو را بگیرید و با دست دیگر آن را از زیر پایه نگه دارید.
• همیشه هنگام تهیه نمونه‌های موقت (محلول مرطوب) از لامِل استفاده کنید.
• قبل از این که میکروسکوپ را کنار بگذارید، اسلاید را از صحنه بردارید و عدسی شیئی را با کمترین قدرت در جای خود بچرخانید.

نمونه‌هایی از میکروسکوپ مرکب

میکروسکوپ مرکب پیشرفته دانشجویی و حرفه‌ای 40X-1000X (AmScope)

• • این میکروسکوپ با استفاده از عدسی‌های شیئی با کد رنگی و چشمی‌های 10X برای چهار تنظیم مختلف، امکان بزرگنمایی 40X تا 1000X را فراهم می‌کند.
  • سر باینوکولار Siedentopf که برای ترجیحات هر کاربری قابل تنظیم است، با شیب راحت 30 درجه، چرخش 360 درجه و تنظیمات بین چشمی و دیوپتری.
  • یک طراحی ارگونومیک جدید و خلاقانه که دارای یک قاب بلندتر و پایه بهبود یافته است به کاهش خستگی در استفاده طولانی مدت کمک می‌کند.

میکروسکوپ دانشجویی ST-04 (Amtech India)

• • بدنه: بدنه مستحکم و سنگین با پایه متحرک به شکل نعل اسب که تا 90 درجه قابل کج شدن است و دارای توقف ایمنی برای اسلایدها می‌باشد.
  • لوله: به طول 160 میلی متر، سوئیچ کننده سه تایی چرخشی با توقف کلیک.
  • صحنه: یک صحنه ثابت 110 در 110 میلی متری با گیره‌‌های صحنه برای نگه داشتن نمونه در جای خود.

میکروسکوپ‌های مرکب سطح متوسط آموزشی فیشر ساینس (Fisher Science Education™ 128CLED)

• لنزهای شیئی 4X، 10X و 40X برای استاندارد DIN آکروماتیک، هم کانونی (parfocal)، هم مرکز (par-centered) و کدگذاری رنگی هستند.
• سوئیچ کننده سه حفره‌ای شامل توقف‌های کلیک مثبت و برای ترازبندی دقیق‌تر بر روی یاتاقان توپی نصب شده است.
• هد مشاهده برای جایگذاری مجدد آسان چشمی و به اشتراک گذاشتن توسط چندین دانش‌آموز، 360 درجه می‌چرخد.
• سیستم اپتیکی با نمای دوگانه دارای لوله‌هایی با زاویه 30 درجه و عمودی است.

میکروسکوپ مرکب اقتصادی فلین (Flinn Scientific)

• روشنایی LED کم مصرف، عمر باتری را برای استفاده مداوم در تمام طول روز افزایش می‌دهد.
• برای جلوگیری از گم شدن و آسیب، چشمی آکروماتیک در جای خود محکم شده است.
• لنزهای شیئی آکروماتیک DIN، مشاهده دقیق طیف وسیعی از نمونه‌ها را تضمین می‌کند.
• گیره‌های صحنه، یک دیافراگم عنبیه با یک کندانسور تک لنزی، یک سوئیچ کننده سه تایی با سه عدسی شیئی و سایر ویژگی‌ها نیز در این میکروسکوپ تعبیه شده‌اند.

مطالب مرتبط با میکروسکوپ مرکب:

• میکروسکوپ الکترونی کرایو (Cryo-EM) چیست؟
• میکروسکوپ کانفوکال: تعریف، اساس، قطعات، انواع و کاربردها
• میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM): اصول کار، قطعات و کاربرد
• میکروسکوپ زمینه تاریک (Darkfield Microscope): تعریف، اصول، کاربردها و نمای آن

مترجم: محمد صادق محمودی لرد

منبع