ما-هي-أجزاء-المجهر-الإلكتروني

تطور العلوم

لقد تطور العلم على مدار تاريخ البشرية من خلال وسائل وأدوات مختلفة ساعدت بتقدم الإنسان في كافة المجالات، ولقد تم تمييز العلم على أنه استفادة من وسائل مختلفة بغرض معرفة وفهم الطبيعة على نحو صحيح، لقد كان الإنسان دائمًا فضوليًا جدًا بشأن الأشياء التي من شأنها أن تُسهِّل عليه اكتشاف الطبيعة مثلما اكتشف النار نتيجة احتكاك بعض الأحجار وساعده ذلك ليصبح مستقرًا لأنه لم يكن يتجول ليلًا بسبب خوفه من الحيوانات الأخرى، ومن القرن العشرين بدأ العلماء في تطوير الكثير من وسائل وأدوات العلم لاسيما المجاهر بأنواعها المختلفة، وسيتناول هذا المقال توضيح الإجابة عن سؤال: "ما هي أجزاء المجهر الإلكتروني".^[١]

تعريف المجهر

إن علماء الأحياء يقضون أغلب أوقاتهم في الجلوس في غرفة صغيرة مظلمة لساعات متتالية خلف عدسات المجهر ليتعرفوا على الخلايا التي تظهر تحت عدسات المجهر كزجاج ملون، حيث تُظهر عدسات المجهر الخلايا بنفس الأسلوب المعقد الذي تظهر عليها في الطبيعة ولكن بشكل دقيق للغاية، وعلى الرغم من اختلاف حجم الخلايا، إلّا أنّها صغيرة جدًا بشكل عام، وعلى سبيل المثال يبلغ قطر خلية الدم الحمراء البشرية النموذجية حوالي ثمانية ميكرو متر، ولا يمكن رؤية الخلايا الفردية بالعين المجردة لذلك يستخدم العلماء بدلاً من ذلك أنواعًا مختلفة من المجاهر، وربما سأل البعض ما هو المجهر وما هو المجهر الإلكتروني وما هي أجزاء المجهر الإلكتروني وما أغراض تلك المجاهر على وجه الدقة، وفي حقيقة الأمر إنّ المجهر هو أداة تُضخّم الأشياء وتنتج صورة يظهر فيها الكائن بشكل أكبر، ويتم التقاط معظم صور الخلية باستخدام المجهر، ويمكن أيضًا تسمية هذه الصور بالرسومات المجهرية، ومن ذلك التعريف فالمجهر هو مجرد نوع من العدسة المُكبِّرة، وفي الواقع تعدّ النظارات المكبرة بمثابة مجاهر؛ لأنّ لديها عدسة أيضًا.^[٢]

تاريخ المجهر

كتب الطبيب الإيطالي جيرولامو فراكاستور في عام 1538: "إذا كان ينبغي في المستقبل لأي شخص أن ينظر من خلال نظارتين أحدهما متراكب على الآخر فإنه حينها سوف يرى كل شيء أكبر بكثير"، ويعود إلى ثلاثة صُنّاع نظّارات هولنديين، وهم: هانز يانسن وابنه زكريا يانسن وهانس ليبرشي الفضل في اختراع المجهر في حوالي عام 1590، وقد تم رسم أول تصوير للمجهر في عام 1631م في هولندا، وكان حينها المجهر مصنوعًا من الخشب والكرتون، وغالبًا ما كان يُزيّنه جلد السمك المصقول، وقد كان شائعًا بشكل متزايد في منتصف القرن السابع عشر، وقد بدأ الموظف الهولندي أنتوني فان ليوينهوك ملاحظاته الرائدة عن الكائنات الحية الدقيقة في المياه العذبة في عام 1670م عندما قام بصنع مجاهر بحجم أقل، وكانت دقتها تبلغ حوالي 0.7 ميكرونًا، وكانت الانحرافات أسوأ ما في المجاهر في ذلك الوقت؛ لأنّ العدسات تُضخِّم الانحرافات على الأقل بقدر تضخيمها للصور، وقد كانت المجاهر حينها تمنح مكانة كبيرة لأصحابها.^[٣]

أنواع المجهر

تتوفر أنواع كثيرة من المجاهر، ويتم استخدام هذه الأجهزة المفيدة من قِبل الباحثين والفنيين الطبيين والطلاب بشكل يومي، ويعتمد النوع الذي يختارونه على مواردهم واحتياجاتهم، وتوفر بعض المجاهر دقة أكبر بتضخم أقل والعكس صحيح، وتتراوح تكلفتها بين مئات وعشرات الآلاف من الدولارات، ويمكن توضيح أهم أنواع المجاهر فيما يأتي:^[٤]

المجهر البسيط

يعدّ المجهر البسيط عمومًا أول مجهر توصّل إليه العلماء، وقد تم تصميمه في القرن السابع عشر من قِبل أنتوني فان ليووينهوك الذي جمع عدسة محدبة مع حامل للعينات وعدسة مكبرة ما بين 200 و 300 مرة، وعلى الرغم من أنّ هذا المجهر كان بسيطًا، إلّا أنّه كان لا يزال قوياً بدرجة كافية لتوفير معلومات فان ليوينهوك حول العينات البيولوجية بما في ذلك الفرق في الأشكال بين خلايا الدم الحمراء، واليوم لا تُستخدم المجاهر البسيطة؛ لأنّ إدخال العدسة الثانية أدّى إلى تصميم المجهر المركب الأكثر قوة.^[٤]

المجهر المركب

يوفر المجهر المركب تكبيرًا أفضل من المجهر البسيط، فالعدسة الثانية تُضخِّم صورة العدسة الأولى، والمجاهر المركبة تُسمّى: "مجاهر الحقل الساطع"، مما يعني أنّ العينة مُضاءة من الأسفل، وتوفر هذه الأجهزة التكبير بمقدار 1000 مرة على الرغم من أنّ الدقة غالبًا منخفضة، ومع ذلك يسمح هذا التكبير العالي للمستخدمين بإلقاء نظرة فاحصة على الكائنات الصغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة بما في ذلك الخلايا الفردية، والعينات عادة ما تكون صغيرة ولها قدر من الشفافية، ونظرًا لأنّ المجاهر المركبة غير مكلفة نسبيًا ولكنها مفيدة فهي تُستخدم في مختبرات الأبحاث بدول كثيرة.^[٤]

المجهر المُجسِّم

يوفر ذلك المجهر والمعروف أيضًا باسم مجهر التشريح تكبيرًا يصل إلى 300 مرة، وتُستخدم هذه المجاهر للنظر في الكائنات أو الكائنات المعتمة التي تكون كبيرة جدًا بحيث لا يمكن عرضها باستخدام المجهر المركب نظرًا لأنها لا تتطلب إعداد شريحة، وعلى الرغم من أنّ تكبيرها منخفض نسبيًا إلّا أنّها لا تزال مفيدة، حيث إنّها توّفر صورة مقربة وثلاثية الأبعاد لنسيج سطح الكائنات، وتستخدم المجاهر المجسّمة في تطبيقات علوم الأحياء والطب وكذلك في صناعة الإلكترونيات.^[٤]

المجهر ذو البؤرة الواحدة

على عكس المجاهر المُجسّمة والمركبة التي تستخدم ضوءًا عاديًا لتشكيل الصورة، يستخدم المجهر متحد البؤر ضوء الليزر لمسح العينات التي تم صبغها، ويتم إعداد هذه العينات على الشرائح وإدراجها ثم وبمساعدة مرآة ثنائية اللون يُنتج المجهر صورة مكبرة على شاشة الحاسوب، ويمكن للمجهر إنشاء صور ثلاثية الأبعاد أيضًا من خلال تجميع عمليات مسح متعددة، وتقدم هذه المجاهر درجة عالية من التكبير، وهي تُستخدم عادة في التطبيقات الطبية.^[٤]

المجهر الإلكتروني

يستخدم المجهر الإلكتروني سمات متطورة عن المجاهر القديمة التقليدية، وما زال هناك حتى الآن أسئلة من قبيل: ما هو المجهر الإلكتروني وما هي أجزاء المجهر الإلكتروني، ورغم ذلك فإنّ المجهر الإلكتروني أصبح الآن من المجاهر الشائعة، ويتميز المجهر الإلكتروني عن غيره من المجاهر بعدة خصائص وسمات مميزة وحتى العينات على سبيل المثال يتم تحضيرها في ظروف الفراغ أو بالقرب من الفراغ لذلك يجب إعدادها خصيصًا عن طريق الخضوع للجفاف أولاً، ثم طليها بطبقة رقيقة من مادة مثل الذهب، وبعد إعداد العنصر ووضعه في الحجرة يُنتج المجهر صورة بالأبيض والأسود على شاشة الكمبيوتر من خلال توفير تحكم وافٍ بكمية التكبير، وتُستخدم الأنواع المختلفة من المجهر الإلكتروني من قِبل الباحثين في العلوم الفيزيائية والطبية والبيولوجية لفحص مجموعة من العينات من الحشرات إلى العظام وغيرها.^[٤]

أساس عمل المجهر الإلكتروني

زاد اعتماد مراكز الأبحاث العالمية على ذلك النوع من المجاهر لدقتها بالمقارنة مع غيرها من المجاهر، ورغم عدم خلوّ المجاهر الإلكترونية من العيوب والسلبيات إلّا أنّ ذلك لم يمنع من استخدام المجاهر الإلكترونية حتى الآن على نطاق واسع في أغلب مراكز الأبحاث العالمية، وتعمل المجاهر الإلكترونية عن طريق استخدام حزمة إلكترونية بدلاً من الضوء المرئي، والكاشف الإلكتروني بدلاً من العين المجردة، حيث يسمح شعاع الإلكترون برؤية العينات على نطاقات صغيرة جدًا؛ لأنّ الإلكترونات يمكن أن تتصرف أيضًا كضوء، حيث إنّ لها خصائص موجية مميزة وطول موجة أصغر بكثير من الضوء المرئي، حيث يصل إلى بضعة تريليونات من المتر، ومع هذا الطول الموجي يمكن تمييز دقة متناهية من النانومتر وصولاً إلى أجزاء صغيرة للغاية من النانومتر، وهو ما يفتح مجالات البحث الواسعة للعلماء، لا سيّما مع تطور تقنيات الأنواع المختلفة من المجهر الإلكتروني.^[٥]

تاريخ تطور المجهر الإلكتروني

قبل توضيح إجابة سؤال: "ما هي أجزاء المجهر الإلكتروني؟" تجدر الإشارة إلى أنّ الفيزيائي الفرنسي لويس دي برولي افتتح في عام 1924م الطريق لتطوير المجهر الالكتروني، باقتراحه أنّ الحزم الإلكترونية يمكن أن تكون شكلاً من أشكال حركة الموجة، واستخلص دي براولي الصيغة الخاصة بطول الموجة، وإذا أمكن استخدام هذه الموجات في المجهر فستنتج زيادة كبيرة في الدقة، وفي عام 1926م أثبت أنّ المجالات المغناطيسية أو الكهروستاتيكية يمكن أن تعمل كعدسات للإلكترونات أو الجزيئات المشحونة الأخرى، وساعد هذا الاكتشاف في دراسة علم البصريات الإلكترونية، وبحلول عام 1931 ابتكر مهندسو كهرباء من ألمانيا وهم ماكس نول وإرنست روسكا مجهرًا إلكترونيًا ذا عدسات وأنتج صورًا لمصدر الإلكترون، وفي عام 1933م تم إنشاء مجهر إلكتروني بدائي قام بتصوير عينة بدلاً من مصدر الإلكترون، وفي عام 1935م أنتج ماكس نول صورة ممسوحة ضوئيًا لسطح صلب.^[٦]

وقد وضع الفيزيائي الألماني مانفريد وفريهر وفون آردن والمهندس الإلكتروني البريطاني تشارلز أاتلي أسس المجهر الإلكتروني وتم إحراز مزيدًا من التقدم في بناء المجاهر الإلكترونية خلال الحرب العالمية الثانية، وكثيرًا ما تم طرح أسئلة مثل: ما هي بالضبط كيفية عمل المجهر الإلكتروني، وما هي أجزاء المجهر الإلكتروني، حتى بدأت مفاهيم ذلك المجهر في التطور في عام 1946م مع اختراع جهاز يعرض الاستجماتيزم للعدسات الموضوعية وبعد ذلك أصبحت المجاهر الإلكترونية أكثر انتشارًا.^[٦]

ما هي أجزاء المجهر الإلكتروني

لتوضيح إجابة سؤال: "ما هي أجزاء المجهر الإلكتروني" تجدر الإشارة إلى أنّ مكوّنات المجهر الإلكتروني قد تختلف من مجهر لآخر بحسب التقنيات وعدسات المجهر المستخدمة، فإجابة سؤال: "ما هي أجزاء المجهر الإلكتروني؟" قد تبدو غير محددة من ذلك الجانب إلّا أنّ ذلك لا ينفي البنية العامة لذلك النوع من المجاهر، إذ يتفق هيكل تصميم مختلف مجاهر ذلك النوع الإلكتروني المتطور، وقد يختلف بيان أجزاء المجهر الإلكتروني بحسب أوجه البحث العلمي التي تتم من خلال عدسات المجهر الإلكتروني، ويمكن توضيح أجزاء المجهر الإلكتروني فيما يأتي:^[٧]

• مُطلق الإلكترون: وهو الجزء الأول من المجهر الإلكتروني؛ إذ يطلق مدفع الإلكترون الإلكترونات من العينة التي تكبرها، ويمكن إنشاء الإلكترونات بعدة طرق مختلفة لكن الطريقة الأكثر شيوعًا من خلال تسخين سلك التنغستن لإنتاج الإلكترونات.
• عدسة المكثف: وهو الجزء الثاني من المجهر، وهو يستخدم لتضييق شعاع الإلكترون المنطلق بمطلق الإلكترون، وهذه العدسة ليست مصنوعة من الزجاج بل من لفائف الأسلاك التي تخلق مجالات كهرومغناطيسية تضغط الإلكترونات أثناء انتقالها من خلالها، وتعدّ عدسة المكثف من أهم المكوِّنات فيما يتعلق بأجزاء المجهر الإلكتروني.
• فتحات المجهر: وهي تسمح بالتحكم في قطر شعاع الإلكترون الذي يمر عبرها، وهي تتكون من قضيب معدني به ثقوب مختلفة الأحجام، ويتم التحكم في قطر شعاع الإلكترون عن طريق تغيير الثقب الذي يمر به.
• عدسة موضوعية وغرفة العينة: وهو أهم مكوِّن من أجزاء المجهر الإلكتروني، فهذه هي العدسة النهائية التي تركز شعاع الإلكترون لأسفل على العينة، وبمجرد المرور عبر العدسة الموضوعية يمر شعاع الإلكترون في غرفة العينة، وهذه الغرفة تحمل العينة تحت فراغ للقضاء على تدخل الجسيمات غير المرغوب فيها، وتجدر الإشارة إلى أنّ ذلك النوع من المجاهر يتكون من العديد من القطع الصغيرة التي تترابط معًا داخليًا ليصبح المجهر الإلكتروني على صورته النهائية التي يظهر بها.

كيفية عمل المجهر الإلكتروني

بعد توضيح إجابة سؤال: "ما هي أجزاء المجهر الإلكتروني" تجدر الإشارة إلى أنّه في ذلك المجهر يتم تشكيل تيارات متعددة من الإلكترونات ذات الجهد العالي عادةً بين 5-100 كيلو فولت أمبير بواسطة مصدر الإلكترون، والذي عادةً ما يتم تسخينه فيتسارع في فراغ باتجاه العينة باستخدام إمكانات كهربائية موجبة، وهذا التيار محصور ومركّز باستخدام فتحات معدنية وعدسات مغناطيسية في شعاع رقيق أحادي اللون مركّز، ويركز هذا الشعاع على العينة باستخدام عدسة مغناطيسية، وتحدث التفاعلات داخل العينة مما يؤثر على شعاع الإلكترون، ويتم الكشف عن هذه التفاعلات والآثار وتحويلها إلى صورة، وتمر الإلكترونات من مطلق الإلكترون عبر عدسة المكثف قبل أن تصادف العينة بالقرب من العدسة الموضوعية، ويتم تحقيق معظم التكبير بواسطة نظام العدسة الموضوعي ثم يتم عرض الصورة من خلال نافذة في المجهر وتصويرها باستخدام فيلم أو من خلال شاشة عرض الفلورسنت المفصلي.^[٨]

وفي بعض أنواع المجاهر الإلكترونية يتم تركيز الإلكترونات من مُطلق الإلكترون إلى نقطة دقيقة على سطح العينة عن طريق نظام العدسة ويتم فحص هذه النقطة عبر العينة تحت سيطرة التيارات الموجودة في ملفات المسح الموجودة داخل العدسة النهائية فتنبعث الإلكترونات الثانوية ذات للأشعة السينية.^[٩]

المجهر الإلكتروني الانتقالي

وهو يتطلب تحضير عينة رفيعة للغاية ومصقولة للغاية، وعادةً ما تكون العينة مقطعًا عرضيًا، وبعد ذلك توضع العينة تحت شعاع متوازي من الإلكترونات مع وجود كاشف تحتها مما يعطي صورة بناءً على انتقال الإلكترونات عبر العينة، ويمكن المجهر الإلكتروني الانتقالي معلومات حول التركيب البلوري وما إلى ذلك وبدقة أعلى بكثير.^[٩]

الاختلافات بين المجهر الالكتروني والمجهر الضوئي

رغم تشابه المجاهر في أهدافها حيث يجب في النهاية إعطاء صورة واضحة للعينات، إلّا أنّ هناك الكثير من أوجه الاختلاف بين بعض تلك المجاهر، ولا تعطي إجابة سؤال: ما هي أجزاء المجهر الإلكتروني؟" إشارة واضحة عن ذلك الاختلاف بشكل كافي، ويمكن توضيح أبرز الاختلافات بين المجهر الالكتروني والمجهر الضوئي فيما يأتي:^[١٠]

• تعتمد المجاهر الضوئية على ضوء بصري بينما تعتمد المجهر الإلكتروني على الإلكترونات.
• أدوات المجاهر الضوئية أرخص بكثير من أدوات المجاهر الإلكترونية.
• لا تحتوي الأدوات الضوئية على قيود على العينات بخلاف المجاهر الإلكترونية.
• استخدام المجاهر الضوئية سهل وبسيط للغاية بينما المجاهر الإلكترونية تتطلب مستوى عالي من التدريب.

المراجع[+]

1. ↑ "What's the history of science?", www.quora.com, Retrieved 12-01-2020. Edited.
2. ↑ "Microscopy", www.khanacademy.org, Retrieved 12-01-2020. Edited.
3. ↑ " Microscope ", www.britannica.com, Retrieved 12-01-2020. Edited.
4. ^ ^{أ ب ت ث ج ح} "Different Kinds of Microscopes & Their Uses", sciencing.com, Retrieved 12-01-2020. Edited.
5. ↑ " What is an Electron Microscope? - Definition, Types & Uses", study.com, Retrieved 12-01-2020. Edited.
6. ^ ^{أ ب} " Electron microscope ", www.britannica.com, Retrieved 12-01-2020. Edited.
7. ↑ " Scanning Electron Microscopy: Instrumentation & Analysis", study.com, Retrieved 12-01-2020. Edited.
8. ^ ^{أ ب} "VHA Diagnostic Electron Microscopy Program", www.va.gov, Retrieved 12-01-2020. Edited.
9. ^ ^{أ ب ت} "What are the different types of electron microscopes? How are they used?", www.quora.com, Retrieved 12-01-2020. Edited.
10. ↑ "What is the difference between Optical Microscope and Electron Microscope?", www.quora.com, Retrieved 12-01-2020. Edited.