Όταν χρειάζεται να δείτε με μεγάλη λεπτομέρεια τα πιο μικρά θέματα, στρέφεστε στο μικροσκόπιο. Υπάρχουν όμως πολλοί τύποι μικροσκοπίων και ο καθένας τους είναι κατάλληλος για διαφορετικούς σκοπούς θέασης. Οι δύο κύριες κατηγορίες που πρέπει να εξετάσετε είναι τα μικροσκόπια φωτός και τα μικροσκόπια ηλεκτρονίων. Αν και και τα δύο καθιστούν δυνατή τη θέαση μικροσκοπικών θεμάτων, το κάνουν με εντελώς διαφορετικούς τρόπους.

Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε καθένα από αυτά τα ισχυρά εργαλεία και ας δούμε ποιες είναι οι διαφορές μεταξύ τους. Στη συνέχεια, μπορούμε να συζητήσουμε πότε το καθένα είναι το πιο κατάλληλο εργαλείο για τη δουλειά.

Με μια ματιά:

Πώς λειτουργεί ένα φωτεινό μικροσκόπιο;

Όπως υποδηλώνει το όνομα, τα μικροσκόπια φωτός χρησιμοποιούν το φως για να δουν. Το φως θα περάσει μέσα από το αντικείμενο που εξετάζετε και ο φακός θα το μεγεθύνει σε πολύ μεγαλύτερο μέγεθος, ώστε να μπορείτε να δείτε καθαρά και με μεγάλη λεπτομέρεια το μικροσκοπικό σας αντικείμενο.

Αν θυμάστε τα μαθήματα φυσικής στο γυμνάσιο, τα μικροσκόπια που χρησιμοποιούσατε ήταν όλα μικροσκόπια φωτός. Τα μικροσκόπια φωτός, που ονομάζονται επίσης οπτικά μικροσκόπια, περιλαμβάνουν μια ποικιλία διαφορετικών μικροσκοπίων, συμπεριλαμβανομένου του ευρέως χρησιμοποιούμενου σύνθετου μικροσκοπίου και του στερεοσκοπίου που είναι καλύτερο για την εξέταση ελαφρώς μεγαλύτερων αντικειμένων.

Επειδή τα φωτεινά μικροσκόπια χρησιμοποιούν μόνο φως για να εξετάσουν το αντικείμενό σας, μπορούν να χρησιμοποιηθούν με νεκρά ή ζωντανά δείγματα. Δεν θα προκαλέσουν ζημιά στο δείγμα ούτε θα το σκοτώσουν. Αυτό τα καθιστά ιδανικά για την εξέταση ζωντανών κυττάρων, βακτηρίων και άλλων ζωντανών οργανισμών.

Οι αντικειμενοφόροι πλάκες προετοιμάζονται επίσης πολύ πιο γρήγορα για το φωτεινό μικροσκόπιο, καθώς συνήθως χρειάζονται μόνο λίγα λεπτά έως λίγες ώρες το πολύ.

Επισκόπηση φωτεινού μικροσκοπίου

Εφαρμογές

Τα μικροσκόπια φωτός χρησιμοποιούνται σε διάφορα χόμπι, επαγγέλματα και τομείς. Χρησιμοποιούνται συνήθως στον ιατρικό τομέα για την εξέταση δειγμάτων αίματος, κυττάρων και άλλων. Προφανώς, χρησιμοποιούνται συνήθως σε πολλούς διαφορετικούς επιστημονικούς τομείς για μια ποικιλία μελετών με μικροσκόπιο.

Τα παιδιά και οι χομπίστες χρησιμοποιούν τα φωτεινά μικροσκόπια για να εξετάσουν τα πάντα, από πέτρες μέχρι ζωύφια και ζωντανά κύτταρα. Οι βοτανολόγοι τα χρησιμοποιούν για να εξετάσουν την εσωτερική δομή των φυτών. Οι ερευνητές σκηνών εγκλήματος τα χρησιμοποιούν ακόμη και για να βοηθήσουν στη σύλληψη εγκληματιών! Όπως μπορείτε να δείτε, οι χρήσεις του φωτεινού μικροσκοπίου είναι πολυάριθμες και ποικίλες.

Προβολή

Τα φωτεινά μικροσκόπια μπορούν να έχουν εντυπωσιακά επίπεδα μεγέθυνσης έως και 1000x. Αυτή η μεγέθυνση είναι αρκετή για να σας επιτρέψει να παρακολουθήσετε την αναπαραγωγή των κυττάρων ή να εξετάσετε τα αιμοπετάλια στο αίμα σας.

Στη μικρότερη πλευρά του φάσματος, τα στερεοσκοπικά μικροσκόπια, ένας άλλος τύπος φωτεινού μικροσκοπίου, έχουν επίπεδα μεγέθυνσης περίπου 60x-70x, ιδανικά για την εξέταση μεγαλύτερων δειγμάτων.

Αλλά τα μικροσκόπια φωτός περιορίζονται από τον τρόπο λειτουργίας τους. Δεδομένου ότι βασίζονται στο φως για να περάσουν μέσα από το αντικείμενο, περιορίζονται από το μέγεθος των σωματιδίων του φωτός. Ενώ μπορεί να νομίζετε ότι τα σωματίδια του φωτός είναι μικροσκοπικά, και είναι, δεν είναι τόσο μικροσκοπικά όσο κάποια πράγματα που οι επιστήμονες θέλουν να δουν.

Ένα φωτόνιο φωτός έχει μέγεθος περίπου 400-700 νανόμετρα. Σε σύγκριση με μια ανθρώπινη τρίχα, η οποία έχει μέγεθος 50.000 έως 100.000 νανόμετρα, ένα φωτόνιο φωτός φαίνεται μικροσκοπικό. Αλλά σε σύγκριση με μια πρωτεΐνη 10 νανομέτρων, το φωτόνιο φωτός φαίνεται τώρα τεράστιο.

Τα φωτόνια του φωτός πρέπει να μπορούν να περάσουν μέσα από το αντικείμενο για να μπορέσετε να το δείτε, οπότε τα αντικείμενα που είναι μικρότερα από τα φωτόνια του φωτός δεν είναι δυνατόν να προβληθούν μέσω ενός φωτεινού μικροσκοπίου. Αυτό σημαίνει ότι τα μικρότερα δείγματα παραμένουν για τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια.

Φορητότητα

Αν θυμηθείτε ξανά το μάθημα της φυσικής στο λύκειο, ίσως θυμάστε να παίρνετε το μικροσκόπιό σας από ένα καρότσι και να το παίρνετε πίσω στο θρανίο σας. Αυτό συμβαίνει επειδή τα φωτεινά μικροσκόπια είναι μικρά και συμπαγή.

Ορισμένα από τα μοντέλα υψηλότερης ποιότητας με τη μεγαλύτερη μεγέθυνση μπορεί να είναι λίγο γερά, αλλά αυτά τα εργαλεία μπορούν γενικά να μετακινηθούν από ένα μόνο άτομο.

Τιμή

Παρόλο που ορισμένα φωτεινά μικροσκόπια υψηλής ποιότητας μπορεί να κοστίζουν πάνω από 1.000 δολάρια, υπάρχουν πολλές επιλογές υψηλής ποιότητας που διατίθενται με πολύ λιγότερα χρήματα. Μπορείτε εύκολα να βρείτε ένα αξιοπρεπές φωτεινό μικροσκόπιο για λιγότερο από 100 δολάρια.

Για ένα φωτεινό μικροσκόπιο επαγγελματικής ποιότητας, μπορείτε να περιμένετε να ξοδέψετε $200-$400. Γίνονται πιο ακριβά από αυτό, αλλά υπάρχουν πολλά διαθέσιμα σε αυτό το εύρος τιμών που προσφέρουν απίστευτα χαρακτηριστικά και λειτουργικότητα.

Πλεονεκτήματα & μειονεκτήματα των φωτεινών μικροσκοπίων

• Προσιτό για χομπίστες και επαγγελματίες
• Αρκετά συμπαγής για να μετακινηθεί από ένα άτομο
• Σας επιτρέπει να βλέπετε αντικείμενα πολύ μικρά για να τα δείτε με το ανθρώπινο μάτι
• Μπορεί να δει ζωντανά δείγματα

• Κορυφώνεται σε μεγέθυνση 1.000x
• Δεν μπορεί να δει τίποτα μικρότερο από 700 νανόμετρα

Πώς λειτουργεί ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο;

Ενώ ένα μικροσκόπιο φωτός περνά φωτόνια φωτός μέσα από ένα δείγμα για να μπορέσετε να το δείτε μέσω φακών, ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο περνά ηλεκτρόνια μέσα από το δείγμα. Εδώ είναι που εμπλέκεται το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια λειτουργούν στο άκρο του φάσματος από το υπεριώδες έως τις ακτίνες γάμμα.

Για την καλύτερη κατανόηση αυτής της έννοιας, δείτε το επόμενο διάγραμμα:

Σε ένα φωτεινό μικροσκόπιο, τα φωτόνια που περνούν μέσα από τα δείγματα συνεχίζουν να περνούν κατευθείαν μέσα από τους φακούς και στο μάτι σας. Αλλά σε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, τα ηλεκτρόνια που περνούν μέσα από το δείγμα σας συνεχίζουν να περνούν μέσα από μια σειρά ηλεκτρομαγνητών. Οι ηλεκτρομαγνήτες κάμπτουν και διαθλούν την δέσμη ηλεκτρονίων, μεγεθύνοντας με τον ίδιο τρόπο όπως ο οπτικός φακός ενός φωτεινού μικροσκοπίου. Αλλά έναςηλεκτρονικό μικροσκόπιο είναι πολλές φορές πιο ισχυρό, προσφέροντας επίπεδα μεγέθυνσης έως και 2.000.000.

Αλλά αυτά τα ηλεκτρόνια δεν φτάνουν ποτέ στο μάτι σας. Αντ' αυτού, η εικόνα προβάλλεται σε μια οθόνη για να τη δείτε.

Το πρόβλημα είναι ότι οι δέσμες ηλεκτρονίων - ακτίνες Χ και χειρότερα - που περνούν μέσα από το δείγμα σας είναι εξαιρετικά καταστροφικές. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο με νεκρά δείγματα. Επιπλέον, το δείγμα πρέπει να προετοιμαστεί προσεκτικά σε μια διαδικασία που διαρκεί αρκετές ημέρες και πρέπει να εξεταστεί σε κενό, καθώς τα ηλεκτρόνια δεν ταξιδεύουν μακριά στον αέρα.

Όπως και τα μικροσκόπια φωτός, υπάρχουν διάφοροι τύποι ηλεκτρονικών μικροσκοπίων. Οι τρεις κύριοι τύποι είναι τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια διέλευσης (TEM), τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια σάρωσης (SEM) και τα μικροσκόπια ατομικής δύναμης (AFM).

• Δείτε επίσης: Ηλεκτρονικά μικροσκόπια διέλευσης (TEM) έναντι ηλεκτρονικών μικροσκοπίων σάρωσης (SEM): Ποια είναι η διαφορά;

Επισκόπηση ηλεκτρονικού μικροσκοπίου

Εφαρμογές

Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια χρησιμοποιούνται κάθε φορά που υπάρχει ανάγκη να δούμε τα πιο μικροσκοπικά δείγματα με μεγάλη λεπτομέρεια. Μιλάμε για δείγματα τόσο μικρά όσο ένα νανόμετρο, αφού αυτό είναι περίπου το μέγεθος ενός ηλεκτρονίου.

Αν θέλετε να δείτε μικροσκοπικά βακτήρια ή πρωτεΐνες, θα πρέπει γενικά να χρησιμοποιήσετε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.

Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια παρέχουν επίσης μια τρισδιάστατη εικόνα, οπότε κάθε φορά που χρειάζεται να δείτε τη δομή κάποιου μικροσκοπικού αντικειμένου, πιθανότατα θα χρησιμοποιήσετε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.

Χρησιμοποιούνται για εξετάσεις βιοψίας, εξέταση μετάλλων, των κυττάρων των κρυστάλλων, ακόμη και για λειτουργίες ποιοτικού ελέγχου.

Προβολή

Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια είναι απίστευτα ισχυρά. Μεγεθύνουν το αντικείμενό σας κατά 100.000x, αλλά αυτό είναι μόνο η αρχή. Τα περισσότερα φτάνουν σε επίπεδα μεγέθυνσης 1.000.000x. Ορισμένα καταφέρνουν ακόμη και επίπεδα μεγέθυνσης 2.000.000x.

Επιπλέον, τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια παρέχουν μια τρισδιάστατη εικόνα του δείγματός σας, επιτρέποντάς σας να δείτε τη δομή των κυττάρων με πληρέστερο τρόπο από ό,τι θα μπορούσατε με ένα μικροσκόπιο φωτός.

Πίστωση εικόνας: pxhere.com

Αλλά υπάρχει μια παγίδα. Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια παρέχουν μόνο ασπρόμαυρες εικόνες σε σύγκριση με τις έγχρωμες αναπαραστάσεις που έχετε με ένα φωτεινό μικροσκόπιο. Η βελτίωση μέσω υπολογιστή φροντίζει για τα υπόλοιπα. Εν κατακλείδι: αν εξετάζετε οτιδήποτε μικρότερο από 700 νανόμετρα, ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο είναι πραγματικά η μόνη σας επιλογή.

Φορητότητα

Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια είναι μεγάλα, ογκώδη κομμάτια εξοπλισμού. Μόλις τοποθετηθούν σε ένα συγκεκριμένο σημείο, θα θέλετε να τα αφήσετε εκεί, εκτός αν είναι απολύτως απαραίτητο να τα μετακινήσετε. Είναι τόσο μεγάλα που υπάρχουν εξειδικευμένες εταιρείες μόνο για τη μετακίνηση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σας.

Τα επιτραπέζια SEM έχουν το μέγεθος ενός μικρού πλυντηρίου πιάτων, αλλά τα πλήρους μεγέθους SEM το μέγεθος ενός ψυγείου. Ένα TEM είναι ένα μεγάλο κουτί που εκτείνεται σε πλάτος δύο μέτρα και σε ύψος πέντε μέτρα. Χρειάζονται επίσης μια σειρά από άλλα εργαλεία για τη σωστή λειτουργία, όπως εξοπλισμό κενού για την αντικειμενοφόρο πλάκα και άλλα.

Τιμή

Εδώ είναι που οι διαφορές μεταξύ των μικροσκοπίων φωτός και των ηλεκτρονικών μικροσκοπίων είναι οι πιο δραστικές. Ενώ τα μικροσκόπια φωτός είναι μέσα στον προϋπολογισμό των περισσότερων επαγγελματιών και χομπίστες, πολύ λίγοι άνθρωποι μπορούν να αντέξουν οικονομικά ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Αυτά αγοράζονται γενικά από τεράστιες εταιρείες με τεράστια κεφάλαια.

Για ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο υψηλών προδιαγραφών με όλα τα απαραίτητα αξεσουάρ και εξοπλισμό, θα κοστίσει κοντά στο ένα εκατομμύριο δολάρια. Ακόμα και για ένα μεταχειρισμένο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο που είναι πολλών ετών και με τόνους χρήσης στο ενεργητικό του, θα πληρώσετε πολλαπλάσια πενταψήφια ποσά. Μια μεταχειρισμένη αλλά υψηλής ποιότητας συσκευή που δεν είναι πολύ παλιά θα σας κοστίσει ακόμα μεταξύ 150.000 και 500.000 δολαρίων.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των ηλεκτρονικών μικροσκοπίων

• Μεγεθύνει έως και 2.000.000x
• Παρέχει τρισδιάστατη εικόνα
• Είναι το μοναδικό εργαλείο για την εξέταση δειγμάτων μικρότερων από 700 νανόμετρα

• Εκτός των προϋπολογισμών των περισσότερων ανθρώπων
• Πολύ μεγάλο και δύσκολο να μετακινηθεί
• Μπορεί να λειτουργήσει μόνο με νεκρά δείγματα
• Παρέχει μόνο ασπρόμαυρη εικόνα

Κατανόηση των μικροσκοπίων, της ισχύος και του μεγέθους των πραγμάτων

Τα φωτεινά μικροσκόπια έχουν μέγιστη μεγέθυνση 1.000x. Αν ένα μικροσκόπιο ισχυρίζεται ότι έχει μεγέθυνση 2.000x, όλα όσα υπερβαίνουν τα 1.000x θα είναι θολά και άχρηστα- κενή μεγέθυνση.

Αυτά τα μικροσκόπια περιορίζονται σε μεγέθυνση 1.000x επειδή βασίζονται στο φως, οπότε περιορίζονται από το μήκος κύματός του.

Αλλά δεν έχουν όλα τα φωτεινά μικροσκόπια μεγέθυνση 1.000x. Ορισμένα προορίζονται για την εξέταση μεγαλύτερων αντικειμένων όπου τόσο μεγάλη μεγέθυνση θα ήταν υπερβολική. Τα στερεοσκοπικά μικροσκόπια είναι ένας τύπος φωτεινού μικροσκοπίου με μεγέθυνση περίπου 60x-70x που είναι ιδανικό για την εξέταση πετρωμάτων, εντόμων και άλλων αντικειμένων.

Επειδή τα φωτόνια του φωτός πρέπει να περάσουν μέσα από το αντικείμενό σας σε ένα μικροσκόπιο φωτός, το αντικείμενό σας πρέπει να είναι μεγαλύτερο από ένα φωτόνιο φωτός για να μπορέσετε να το δείτε. Αυτό σημαίνει ότι 700 νανόμετρα είναι περίπου το μικρότερο αντικείμενο που μπορείτε να δείτε με ένα μικροσκόπιο φωτός.

Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια προσφέρουν απίστευτα επίπεδα μεγέθυνσης. Στο ακραίο άκρο, ορισμένα μπορούν να επιτύχουν μεγέθυνση ακόμη και 2.000.000x, αν και τα περισσότερα φτάνουν στο 1.000.000x. Ορισμένα μπορούν ακόμη και να παράγουν τρισδιάστατη εικόνα.

Επειδή τα ηλεκτρόνια έχουν μέγεθος μόνο περίπου ένα νανόμετρο, μπορείτε να δείτε μικροσκοπικά αντικείμενα μόλις μερικών νανομέτρων με ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Είναι η μόνη επιλογή για τέτοια μικροσκοπική προβολή, καθώς τα φωτεινά μικροσκόπια δεν μπορούν να δουν αντικείμενα μικρότερα από 700 νανόμετρα.

Εξετάστε το δείγμα σας

Μερικές φορές, το δείγμα σας περιορίζεται σε έναν συγκεκριμένο τύπο μικροσκοπίου. Επειδή τα ηλεκτρόνια που περνούν μέσα από το δείγμα σε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μπορεί να είναι πολύ καταστροφικά, η διαδικασία λειτουργεί μόνο με νεκρά δείγματα. Αυτό σημαίνει ότι τα φωτεινά μικροσκόπια είναι η μόνη επιλογή για ζωντανά δείγματα.

Από την άλλη πλευρά, αν το δείγμα σας είναι μικρότερο από ένα φωτόνιο φωτός, περίπου 700 νανόμετρα, τότε δεν θα μπορείτε να το δείτε με ένα φωτεινό μικροσκόπιο. Σε αυτή την περίπτωση, θα χρειαστείτε τα μικροσκοπικά ηλεκτρόνια του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου, τα οποία μπορούν να περάσουν μέσα από το μικρό σας αντικείμενο.

Πίστωση εικόνας: Pixabay

Αν πρέπει να δείτε μια τρισδιάστατη εικόνα, όπως όταν μελετάτε τη δομή των κυττάρων ενός κρυστάλλου, θα χρειαστείτε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Αν όμως μελετάτε κάτι και πρέπει να δείτε τα χρώματα, θα χρειαστείτε ένα φωτεινό μικροσκόπιο, καθώς τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια βλέπουν μόνο σε ασπρόμαυρο.

Τιμή

Για πολλούς ανθρώπους, η τιμή θα είναι ο αποφασιστικός παράγοντας. Δεδομένου ότι τα φωτεινά μικροσκόπια είναι προσιτά τόσο για τους χομπίστες όσο και για τους επαγγελματίες, θα είναι η προφανής επιλογή για τους περισσότερους ανθρώπους.

Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια, από την άλλη πλευρά, θα σας κοστίσουν εξαψήφιο ή και μεγαλύτερο ποσό στο χαμηλότερο άκρο του φάσματος, εκτός αν θέλετε κάτι που είναι ξεπερασμένο και φθαρμένο. Αυτά τα εργαλεία μπορεί να κοστίζουν κοντά στο 1.000.000 δολάρια όταν είναι καινούργια, οπότε δεν είναι εφικτό για τους περισσότερους ανθρώπους ή επιχειρήσεις.

Μικροσκόπιο φωτός έναντι μικροσκοπίου ηλεκτρονίων - Ποιο είναι το κατάλληλο για εσάς;

Έτσι, ποιο από αυτά τα ισχυρά εργαλεία είναι η σωστή επιλογή για τις ανάγκες σας; Αν δεν είστε επιστήμονας υψηλού επιπέδου ή ιατρικός ερευνητής, πιθανότατα θα σας ταιριάζει καλύτερα ένα μικροσκόπιο φωτός. Το πιθανότερο είναι ότι αυτά είναι τα μόνα εργαλεία που θα βρίσκονται ούτως ή άλλως στον προϋπολογισμό σας, αφού οι περισσότεροι άνθρωποι δεν έχουν την πολυτέλεια να ξοδέψουν μισό εκατομμύριο για ένα μικροσκόπιο.

Αν θέλετε να εξετάσετε δείγματα αίματος, ζωντανά δείγματα ή οτιδήποτε μεγαλύτερο από φωτοφωτόνια, θα τα καταφέρετε καλύτερα με ένα ελαφρύ μικροσκόπιο. Ομοίως, αν ποτέ θελήσετε να το μετακινήσετε, τότε ένα ελαφρύ μικροσκόπιο είναι η καλύτερη επιλογή. Επίσης, θα ξοδέψετε λιγότερο χρόνο για την προετοιμασία των δειγμάτων και δεν χρειάζεστε τόσο ακριβό και εξειδικευμένο εξοπλισμό.

Αν όμως εξετάζετε τα πιο μικρά δείγματα για ιατρικούς και επιστημονικούς σκοπούς, τότε ίσως χρειάζεστε την απίστευτη μεγέθυνση που μόνο ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μπορεί να προσφέρει. Μπορούν να εξετάσουν δείγματα τόσο μικρά όσο μόλις μερικά νανόμετρα, οπότε είναι ιδανικά για την εξέταση βακτηρίων, πρωτεϊνών και άλλων απειροελάχιστα μικρών δειγμάτων. Μπορούν όμως να εξετάσουν μόνο νεκρά δείγματα και απαιτούν φορτίαεξειδικευμένο εξοπλισμό για να λειτουργήσει σωστά, καθώς οι διαφάνειες πρέπει να βρίσκονται σε κενό αέρος.

• Δείτε επίσης: SkyLight Scope: Ο προσαρμογέας μικροσκοπικού κινητού τηλεφώνου που δεν υπάρχει πια

Πηγή εικόνας: (L) Herney Gómez, Pixabay