تويت
مجهر ضويي
Optical microscope / Light microscope - Microscope optique
المجهر الضوئي
عرف اليونانيون العدسة المكبِّرة واستخدموها للتكبير ولإشعال النار، كما عرفها العرب، إلا أن ابتكار ما يعرف اليوم باسم المجهر المركَّب compound microscope لم يتم حتى عام 1590، ويعود الفضل في ذلك إلى صانع النظارات الهولندي زخارياس جانسن Z.Janssen. وقد استخدم غاليليو[ر] هذا النوع من المجاهر لدراسة الحشرات وهي تتحرك، إضافة إلى تعرف بنية حاسة البصر لديها. وتمكَّن روبرت هوك R.Hooke في القرن السابع عشر من تطوير مجهر بزَّ سابقيه من المجاهر تظهر صورة له في الشكل (1)، لا يختلف كثيراً عن المجهر المركَّب الذي ينتشر استخدامه اليوم.
يتألف المجهر المركَّب الحديث (الشكل 2) أو المجهر الضوئي optical microscope من قرص دوَّار nosepiece يحمل عدَّة عدسات جسمية objective lenses ذات تكبير متزايد، ومن عدسة عينية eyepiece أو عدستين في أعلى أنبوب أجوف (أو اثنين). يوضع الجسم المراد فحصه على منصة stage تحت إحدى العدسات الجسمية، وتنار المنصة المثقوبة من مركزها بمنبع ضوئي مركَّز بعدسة مكثفة، وتُستخدم مرآة ومصباح خارجي أو ضوء النهار لإنارة العينة الموضوعة على المنصة. وتُستخدم لوالب للضبط السريع وأخرى للضبط البطيء لضبط وضع جسمية المجهر فوق العينة، كما يُستخدم لولب لضبط وضع العدسة المكثفة لإنارة العينة الموضوعة على المنصة.
يبين الشكل (3) سير الأشعة الضوئية في المجهر المركَّب، وفيه تجعل العينة على بعد من العدسة الجسمية أكبر من بعدها المحرقي بقليل، فتشكل للجسم المفحوص خيالاً حقيقياً مقلوباً وأكبر من الجسم، يقع بين رأس العينية ومحرقها، وتشكل له هذه العدسة الأخيرة خيالاً وهمياً مكبراً ومقلوباً، هو مايراه الناظر في عينية المجهر. ولما كان الخيال النهائي قد كُبِّر في مرحلتين، فإن التكبير النهائي للجسم المفحوص في المجهر يساوي جداء تكبيري العدستين الجسمية والعينية. فإذا كان تكبير العدسة الجسمية أربعين مرة (40×) وتكبير العدسة العينية عشر مرات (10×) أمكن الحصول على تكبير نهائي مقداره أربعمئة مرة (400×).
إلا أن التكبير وحده على الرغم من فائدته لا يكفي. فثمة ميزة أخرى مهمة تُعرف باسم الميْز أو مقدرة الفصل resolving power، وهي أصغر مسافة بين نقطتين على الجسم المفحوص تظهران في المجهر كنقطتين منفصلتين. وقد بيَّن الفيزيائي الألماني إرنست آبّه Ernst Abbe عام 1873 أن مقدرة الفصل، أو المَيْز، في مجهر مركب ترتبط بطول موجة الضوء المستخدم λ وبقرينة انكسار الوسط الذي توضع فيه العينة n، وتُعطى بالعبارة:
حيث تمثّل α نصف زاوية رأس مخروط الأشعة الضوئية التي تدخل إلى الجسمية. ويسمى الجداء 2n sin α فتحة العدسة العددية numerical aperture. وبالطبع كلما كانت الفتحة العددية أكبر كانت مقدرة الفصل في المجهر أفضل. وقد يُلجأ لتحسين مقدرة الفصل كذلك إلى استخدام زيت الأرز ذي قرينة الانكسار العالية مقارنة بالهواء لتحسين مقدرة الفصل في المجهر ولزيادة الزاوية α. ويظهر في الشكل (4) وضعان لجسمية المجهر بالنسبة للعينة المدروسة، وواضح أن مقدرة الفصل في الجزء (أ) من الشكل أفضل من الجزء (ب)، حيث إنه تتكشف تفاصيل دقيقة في (أ) تختفي في (ب). يمكن أن تبلغ مقدرة الفصل في أفضل المجاهر الضوئية القيمة 2×10-4مم أي 0.2 ميكرون.
لقد طورت بعض المجاهر لأداء مهام محددة منها:
- المجهر التجسيمي stereoscopic microscope:
وهو ذو تكبير محدود مجهز بزوجي عينيات جسمية خالية من الزيوغ [ر] مائلين على الشاقول، لتشكل صورة مجسَّمة ومكبرة للعيِّنة الموضوعة على منصته. وقد تكون العينة موضوع الاختبار كتيمة، فتضاء عندها من الأعلى، أو شفافة فتضاء عندها من الأسفل، ويظهر في الشكل (5) نموذج من هذا القبيل.
- المجهر الاستقطابي polarizing microscope:
وهو يستخدم لفحص الصخور باختلاف أنواعها. وهنا يستخدم ضوء مستقطب يجتاز العيّنة المدروسة. كما يستخدم محلِّل analyzer لتحليل الضوء بعد اجتيازه العينة. وتسبب المنصة الدوارة التي توضع عليها العينة، والظاهرة في الشكل (6)، تغيراً في استقطاب الضوء النافذ ويفيد قياس مقدار التغير في الكشف عن مكوِّنات العينة موضوع الدراسة.
- المجهر الطوري phase microscope:
تضاء العينة في هذا النوع من المجاهر بمخروط أجوف من الضوء، كما يظهر في الشكل (7)، فيدخل الضوء العدسة الجسمية، التي تحتوي على جهاز حلقي يخفف من شدة الضوء النافذ ويقحم صفيحة ربع موجية تسبب انزياحاً في طور الضوء. يسمح هذا الترتيب بكشف تغيرات طفيفة في قرينة الانكسار في العينة الشفافة ويجعلها أكثر وضوحاً. وهذا النوع من المجاهر مفيد جداً في دراسة الأنسجة الحية.
- المجهر المنزلق sliding microscope:
يسمح هذا النوع من المجاهر (الشكل 8) بقياس الأبعاد بدقة، إذ تجهَّز عينيته بخطين متصالبين، وينزلق المجهر على مسطرة مدرجة بالمليمترات، وتزوَّد بڤرنيه vernier تسمح بقراءة أجزاء من مئة من المليمتر. يمكن استخدام هذا النوع لأغراض علمية كقياس أقطار الأنابيب الشعرية أو أقطار حلقات نيوتن الناشئة من تداخل الضوء وغير ذلك.
ـ المجاهر التعليمية
قد تجهز بعض المجاهر بآلة تصوير عادية تركَّب على أنبوب المجهر، أو بشاشة عرض كما يبين الشكل (9)، أو بآلة تصوير تلفزيونية تتصل بجهاز تلفاز كما يظهر في الشكل (10).
يشار أخيراً إلى أن مقدرة الفصل في المجهر محدودة بطول موجة الضوء المستخدم، وهي تقارب 0.4 ميكرون، وبما أن لسلوك الإلكترونات المسرَّعة سلوك أمواج ينقص طولها كلما ازدادت سرعتها، فقد أمكن زيادة مقدرة الفصل في المجهر الإلكتروني الذي تسرَّع فيه الإلكترونات إلى سرعات كبيرة ألف مرة أو يزيد، مما سمح بكشف تفاصيل عجز عنها المجهر الضوئي.
أحمد حصري
Optical microscope / Light microscope - Microscope optique
المجهر الضوئي
عرف اليونانيون العدسة المكبِّرة واستخدموها للتكبير ولإشعال النار، كما عرفها العرب، إلا أن ابتكار ما يعرف اليوم باسم المجهر المركَّب compound microscope لم يتم حتى عام 1590، ويعود الفضل في ذلك إلى صانع النظارات الهولندي زخارياس جانسن Z.Janssen. وقد استخدم غاليليو[ر] هذا النوع من المجاهر لدراسة الحشرات وهي تتحرك، إضافة إلى تعرف بنية حاسة البصر لديها. وتمكَّن روبرت هوك R.Hooke في القرن السابع عشر من تطوير مجهر بزَّ سابقيه من المجاهر تظهر صورة له في الشكل (1)، لا يختلف كثيراً عن المجهر المركَّب الذي ينتشر استخدامه اليوم.
يتألف المجهر المركَّب الحديث (الشكل 2) أو المجهر الضوئي optical microscope من قرص دوَّار nosepiece يحمل عدَّة عدسات جسمية objective lenses ذات تكبير متزايد، ومن عدسة عينية eyepiece أو عدستين في أعلى أنبوب أجوف (أو اثنين). يوضع الجسم المراد فحصه على منصة stage تحت إحدى العدسات الجسمية، وتنار المنصة المثقوبة من مركزها بمنبع ضوئي مركَّز بعدسة مكثفة، وتُستخدم مرآة ومصباح خارجي أو ضوء النهار لإنارة العينة الموضوعة على المنصة. وتُستخدم لوالب للضبط السريع وأخرى للضبط البطيء لضبط وضع جسمية المجهر فوق العينة، كما يُستخدم لولب لضبط وضع العدسة المكثفة لإنارة العينة الموضوعة على المنصة.
يبين الشكل (3) سير الأشعة الضوئية في المجهر المركَّب، وفيه تجعل العينة على بعد من العدسة الجسمية أكبر من بعدها المحرقي بقليل، فتشكل للجسم المفحوص خيالاً حقيقياً مقلوباً وأكبر من الجسم، يقع بين رأس العينية ومحرقها، وتشكل له هذه العدسة الأخيرة خيالاً وهمياً مكبراً ومقلوباً، هو مايراه الناظر في عينية المجهر. ولما كان الخيال النهائي قد كُبِّر في مرحلتين، فإن التكبير النهائي للجسم المفحوص في المجهر يساوي جداء تكبيري العدستين الجسمية والعينية. فإذا كان تكبير العدسة الجسمية أربعين مرة (40×) وتكبير العدسة العينية عشر مرات (10×) أمكن الحصول على تكبير نهائي مقداره أربعمئة مرة (400×).
| الشكل (2) المجهر المركب الحديث | ||
 الشكل (1) مجهر مركَّب من ابتكار روبرت هوك |
 |
 الشكل (3) مسير الأشعة في مجهر مركَّب |
حيث تمثّل α نصف زاوية رأس مخروط الأشعة الضوئية التي تدخل إلى الجسمية. ويسمى الجداء 2n sin α فتحة العدسة العددية numerical aperture. وبالطبع كلما كانت الفتحة العددية أكبر كانت مقدرة الفصل في المجهر أفضل. وقد يُلجأ لتحسين مقدرة الفصل كذلك إلى استخدام زيت الأرز ذي قرينة الانكسار العالية مقارنة بالهواء لتحسين مقدرة الفصل في المجهر ولزيادة الزاوية α. ويظهر في الشكل (4) وضعان لجسمية المجهر بالنسبة للعينة المدروسة، وواضح أن مقدرة الفصل في الجزء (أ) من الشكل أفضل من الجزء (ب)، حيث إنه تتكشف تفاصيل دقيقة في (أ) تختفي في (ب). يمكن أن تبلغ مقدرة الفصل في أفضل المجاهر الضوئية القيمة 2×10-4مم أي 0.2 ميكرون.
 |
الشكل (4) قدرة المَيْز في المجهر المركَّب ودور الزاوية α |
- المجهر التجسيمي stereoscopic microscope:
وهو ذو تكبير محدود مجهز بزوجي عينيات جسمية خالية من الزيوغ [ر] مائلين على الشاقول، لتشكل صورة مجسَّمة ومكبرة للعيِّنة الموضوعة على منصته. وقد تكون العينة موضوع الاختبار كتيمة، فتضاء عندها من الأعلى، أو شفافة فتضاء عندها من الأسفل، ويظهر في الشكل (5) نموذج من هذا القبيل.
- المجهر الاستقطابي polarizing microscope:
وهو يستخدم لفحص الصخور باختلاف أنواعها. وهنا يستخدم ضوء مستقطب يجتاز العيّنة المدروسة. كما يستخدم محلِّل analyzer لتحليل الضوء بعد اجتيازه العينة. وتسبب المنصة الدوارة التي توضع عليها العينة، والظاهرة في الشكل (6)، تغيراً في استقطاب الضوء النافذ ويفيد قياس مقدار التغير في الكشف عن مكوِّنات العينة موضوع الدراسة.
 |
 |
| الشكل (5) مجهر تجسيمي | الشكل (6) مجهر استقطابي (أو بتروغرافي) |
تضاء العينة في هذا النوع من المجاهر بمخروط أجوف من الضوء، كما يظهر في الشكل (7)، فيدخل الضوء العدسة الجسمية، التي تحتوي على جهاز حلقي يخفف من شدة الضوء النافذ ويقحم صفيحة ربع موجية تسبب انزياحاً في طور الضوء. يسمح هذا الترتيب بكشف تغيرات طفيفة في قرينة الانكسار في العينة الشفافة ويجعلها أكثر وضوحاً. وهذا النوع من المجاهر مفيد جداً في دراسة الأنسجة الحية.
- المجهر المنزلق sliding microscope:
يسمح هذا النوع من المجاهر (الشكل 8) بقياس الأبعاد بدقة، إذ تجهَّز عينيته بخطين متصالبين، وينزلق المجهر على مسطرة مدرجة بالمليمترات، وتزوَّد بڤرنيه vernier تسمح بقراءة أجزاء من مئة من المليمتر. يمكن استخدام هذا النوع لأغراض علمية كقياس أقطار الأنابيب الشعرية أو أقطار حلقات نيوتن الناشئة من تداخل الضوء وغير ذلك.
 |
 |
| الشكل (7) المجهر الطوري | الشكل (8) مجهر منزلق |
قد تجهز بعض المجاهر بآلة تصوير عادية تركَّب على أنبوب المجهر، أو بشاشة عرض كما يبين الشكل (9)، أو بآلة تصوير تلفزيونية تتصل بجهاز تلفاز كما يظهر في الشكل (10).
 |
 |
| الشكل (9) مجهر مجهَّز بشاشة عرض | الشكل (10) مجهر مجهَّز بكاميرا تلفزيونية |
أحمد حصري