معلومات حول المجهر الالكتروني

الموسوعة » أجهزة قياس وتحكم » معلومات حول المجهر الالكتروني

المجهر الالكتروني هو نوعٌ خاص من المجاهر التي تستخدم الإلكترونات كمصدرٍ لتوضيح العينة وخلق صورة مكبرة لها، وتتميز بقوة تكبيرٍ أعلى بكثيرٍ من المجهر الضوئي، فضلًا عن إمدادنا بصورةٍ دقيقةٍ واضحة المعالم.

تتمكن بعض المجاهر الإلكترونية من تكبير العينة بمعدلٍ يصل إلى 2 مليون مرة أكبر من حجمها الحقيقي، بينما تنحصر أفضل أنواع المجاهر الضوئية في قوة تكبيرٍ تبلغ 2000 مرةٍ فقط أكبر من حجم العينة. يُفرض في كلٍ من المجهر الالكتروني والمجهر الضوئي حدود في الدقة والتوضيح لا يمكن تخطيها يحتمها الطول الموجي.

يرجع الفضل في دقة وقوة تكبير الميكروسكوب الإلكتروني إلى الطول الموجي للإلكترون (الطول الموجي لدي براولي)، والذي يكون أصغر بكثيرٍ من الطول الموجي لفوتونات الضوء (الاشعاع الكهرومغناطيسي)، ويتضح من هنا العلاقة العكسية بين الطول الموجي وقوة التكبير والدقة.§.

وظائف المجهر الالكتروني

على عكس المجهر الضوئي، يستخدم المجهر الالكتروني شعاعًا من الإلكترونات والذي يتداخل مع العينة – بيولوجيةً كانت أو غير عضويةٍ – الموضوعة في أنبوب. يتم استخدامه بكثرةٍ في فحص الخلايا، والكائنات الدقيقة، والمعادن، والبلورات، وعينات التحليل.

يكشف عن مجموعةٍ كبيرةٍ من المعلومات الخاصة بالعينة مثل الشكل الظاهري (المورفولوجي)، ومعلوماتٍ عن نظامها البلوري، ومعلوماتٍ عن تركيبها، ورسمٍ طوبوغرافيٍّ دقيق لها.

تعتبر المجاهر الإلكترونية أدواتٍ قيّمةً في الأوساط الطبية والبيولوجيّة، علاوةً على أهميتها الكبيرة في الصناعة؛ لإجراء البحوث العلمية على المواد المختلفة، وتستطيع كل المجالات العلمية تقريبًا الاستفادة منها واستغلالها في الحصول على معلوماتٍ ضروريّةٍ.§.

أنواع المجهر الالكتروني

تم ابتكار وتطوير أنواع عديدة من المجهر الالكتروني لتساعد في فحص العينة من أوجهٍ ونواحٍ مختلفة. إليك إيّاها:

المجهر الالكتروني النافذ (TEM)

المجهر الالكتروني النافذ (TEM)
صورة ملتقطة من المجهر الإلكتروني النافذ

كان هذا النوع هو أول مجهرٍ إلكتروني يتم تطويره، يعمل بواسطة إطلاق شعاعٍ من الإلكترونات على شريحةٍ رقيقةٍ من العينة المراد فحصها، ويسمح لنا برؤية العينة بدقةٍ عاليةٍ، وهو بذلك مشابه للمجهر الضوئي المركب، الأمر الذي يجعله جيّدًا بشكلٍ خاص لمعرفة كيفية تركيب وتنظيم المكونات الخلويّة مثل عضيات الخلية.

التصوير الإلكتروني المقطعي هو نوعٌ من المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) الذي يتيح لنا رؤية ثلاثيّة الأبعاد للخلية أو النسيج محل الدراسة والفحص، ورؤية التراكيب الخلويّة بنظامٍ ثلاثي الأبعاد يجعلها أكثر سهولةً في فهم آلية ارتباطها وتناسقها داخل الخلية، ويمكن أن يصدر التصوير الإلكتروني المقطعي صور ثنائية الأبعاد ولكن بدقةٍ أعلى من TEM التقليدي.

المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)

المجهر الإلكتروني الماسح SEM
صورة ملتقطة من المجهر الالكتروني الماسح

يسمح لنا برؤية سطح الأشياء ثلاثية الأبعاد بدقةٍ عاليةٍ، يعمل عن طريق مسح سطح العينة بواسطة شعاعٍ مُركّزٍ من الإلكترونات ثم التعرُّف على الإلكترونات المنعكسة والصادرة عن سطح العينة، ومن ثم إعطاء صورةٍ مكبرةٍ لها. وعند درجة تكبيرٍ منخفضة، أشياء كاملة (مثل الحشرات) يتم فحصها وتكبيرها كليةً بواسطة الSEM، وهو بذلك أداةٌ جيدةٌ لتوليد صورة ثلاثيّة الأبعاد للحشرات المختلفة ورقاقات الثلج وغيرهما الكثير.

المجهر الالكتروني فائق البرودة (CryoSEM)

هو نوعٌ متخصصٌ من المجهر الإلكتروني الماسح SEM، مؤهل لفحص الأشياء التي تحتوي على مقدارٍ من الرطوبة مثل النباتات والطعام. يتم تجميد العينات في النيتروجين المُسال قبل الفحص؛ لتجنب الحاجة إلى التجهيزات المعقدة اللازمة في المجهر الالكتروني الماسح التقليدي لنزع الماء من العينة، ويعد الاختيار الأنسب عند العلماء؛ إذ أنه يعطي صورةً أكثر دقةً عن شكل العينة وحالتها قبل أن يتم إعدادها للفحص.

نظام الحيود الارتدادي للإلكترون (EBSD)

يُستخدم للنظر في تركيب المعادن بالتفصيل مثل تلك الموجودة بالصخور. عوضًا عن تصنيف هذا المجهر واعتباره نوعًا مستقلًا، يتم إسناده إلى مجاهر المسح الإلكتروني SEMs واعتباره نوعًا إضافيًّا لها. بعد أن يتم إطلاق شعاع الإلكترونات على الصخرة، يقوم EBSD بتحديد الإلكترونات التي تخللت الصخرة وتفرقت في جميع الاتجاهات، وطبقًا لأسلوب وطريقة التشتت يستطيع العلماء معرفة المزيد عن تركيب المعادن وشكلها البلوري.§.

عيوب المجهر الالكتروني

على الرغم من أن المجهر الإلكتروني أداةٌ علميةٌ عظيمةٌ تزودنا بتفاصيلَ مدهشةٍ يعجز عنها المجهر الضوئي؛ لكن، توجد بعض العيوب الجديرة بالملاحظة والتي قد تطغى على بعض المميزات أحيانًا، ولكي يقرر العميل – قبل الشراء – إذا ما كان المجهر الالكتروني هو اختيارٌ صائبٌ أم لا؛ فإنه بحاجةٍ إلى الأخذ بجميع الآراء المؤيدة والمعارضة.

يطلق المجهر الإلكتروني شعاعًا مُركّزًا من إلكتروناتٍ عالية الطاقة؛ لفحص الأشياء بدقةٍ فائقةٍ وبشكلٍ تفصيليٍّ رائع، فضلًا عن تزويد المستخدم بكمياتٍ هائلةٍ من المعلومات عن شكل العينة، وخصائصها المورفولوجية وتركيبها الذري والكيميائي، الأمر الذي يجعله آلةً مدهشةً في الأوساط العلمية، ولكن يتوجب على الفرد أن يضع المعايير التالية نصب عينيه قبل أن يقدم على اقتناء واحد:

الثمن

واحدٌ من أبرز العيوب المتعلقة بالمجهر الإلكتروني هو الثمن، فهذه الآلة ليست رخيصةً إطلاقًا ولها ثمنٌ تجاريٌّ مرتفع.

مصدر الطاقة

من الجوانب السلبية الأخرى هي مصدر الطاقة؛ يتميز المجهر الالكتروني بأنه “ديناميكي” بما يعني أنه يحتاج إلى جهدٍ كهربيٍّ على درجةٍ عاليةٍ من الثبات. يتطلب كل ملفٍ كهرومغناطيسيٍّ أو عدسة تيارًا مستقرًّا ثابتًا، ويجب أن يتوافر هذا الأمر ما دام الميكروسكوب يعمل.

صيانة النظام

يتطلب نظام التبريد الداخلي معدل سريان ثابت يتم ضخه خلال الجهاز، ولكي يتم تفريغ الجهاز من الهواء يلزمنا ضغط ملائم وضخ مستمر للحفاظ على النظام بأكمله في صورةٍ جيدة، والإبقاء على هذه الأنظمة بشكلٍ سليمٍ يتطلب المزيد من الوقت والمال والجهد.

الحساسية

يُعرف المجهر الالكتروني بحساسيته الفائقة، الأمر الذي يعرضه للتلف الشديد بفعل الاهتزازات والمجالات المغناطيسية الخارجية.

تحضير العينة

يجب أن تتواجد العينات في وسطٍ مُفرّغٍ من الهواء، وإلّا ستعمل المركبات الموجودة بصورةٍ طبيعيةٍ في الهواء على تشتييت الإلكترونات قبل وصولها للعينة، وإعداد العينات في تلك الصورة يعد أحد العيوب الأخرى التي تتطلب المزيد من الوقت والجهد بالإضافة إلى مستوى عالي من المهارة.

الصناعة والأخطاء

المجهر الالكتروني أداةٌ من صنع الإنسان، الأمر الذي يجعله قابلًا ومُعرّضًا لوقوع أخطاء، على الرغم من العناية الفائقة والحرص الشديد في التعامل إلّا أن العينات قد تتغير أثناء عملية التحضير، وقد تتلف المواد فتحدث تغيرات بجزيئتها، تنتج هذه الاخطاء البشرية من الصناعة، وهي أخطاءُ ناجمةٌ عن طريقة تحضير العينة وليست أخطاءَ في العينة نفسها.

يمكن أن نلاحظ الآثار الناجمة عن الصناعة بطرقٍ عديدةٍ مختلفةٍ، مثل تشوية العضيات، وتغيرات في غشاء الخلية، ويمكن أن يتغير المكان الفارغ في السيتوبلازم بصورةٍ غير طبيعيةٍ، وكل تلك الأشياء المحتملة تؤثر بالطبع على القراءة النهائية للنتائج.

تجاوز عيوب المجهر الإلكتروني

يمكن التغلُّب على عيوب المجهر الإلكتروني. حيث يستطيع العلماء المتخصصون معرفة ما إذا كانت هذه الأخطاء ناجمةً عن مشكلاتٍ في تحضير العينة أم هي عيوبٌ في تركيب العينة نفسها، ويمكن معرفة ذلك بسهولةٍ من خلال المقارنة بين العينات المتماثلة التي يتم تحضيرها بنفس الطريقة أو بطريقٍ بديلةٍ. وتتطلب هذه العملية قدرًا خاصًّا من الإتقان.

لا شك في أنّ المجهر الإلكتروني أداةٌ مذهلةٌ عندما يستخدم بطريقةٍ صحيحةٍ، لكن، تتعلق عيوب المجهر الالكتروني – في المقام الأول – بصيانة النظام الداخلي وتحضير العينة للفحص، والقرار الأخير يرجع إلى العميل في تحديد التكلفة واضعًا في عين الاعتبار كل ما يستلزمه المجهر من أدواتٍ وتجهيزاتٍ لكي يعمل بشكلٍ سليمٍ لتفادي وقوع أخطاء وللحصول على نتائجَ دقيقةٍ.§.

2٬624 مشاهدة