مدونة تعليمية.: ديسمبر 2014

( المِجْهَر الإلكتروني (نسبة للإلكترون وليس للإلكترونيات أو (مجهر الإلكترونات) أدقّ مجهر اختُرع حتى اليوم، يعتمده الفيزيائيون للنظر في داخل الخلية وله تطبيقات كثيرة.

فحص الأشياء الدقيقة الحجم بواسطة المجهر الضوئي تتقيد بقوة التمييز لدى المجاهر الضوئية. فإذا تجاوزت قدرة التكبير 2000× تصبح صورة العينة غير واضحة أو ضبابية. ولفحص عينات أصغر من الخلايا، كمكونات الخلايا أو الفيروسات ، قد يختار العلماء واحداً من بضعة أنواع من المجاهر الإلكترونية. في المجهر الإلكتروني تقوم حزمة من الإلكترونات ، بدلا من شعاع الضوء، بإعطاء صورة مكبرة للعينة. المجاهر الإلكترونية أقوى بكثير من المجاهر الضوئية.ويرجع ذلك إلى أن طول الموجة المقترنة بالإلكترون أقصر كثيرا عن طول موجة الضوء المرئي. ويمكن لبعض المجاهر الإلكترونية أن تظهر حتى محيط ذرّات منفصلة في إحدى العينات،

نبذة عن المجاهر الإلكترونية :

تحدد خصائص الفيزيائية قوة التمييز لدى المجاهر الضوئية. فإذا تجاوزت قدرة التكبير 2000× تصبح صورة العينة غير واضحة أو ضبابية. لفحص عينات أصغر من الخلايا، كصبغيات الخلايا أو الفيروسات ، قد يختار العلماء واحداً من بضعة أنواع من المجاهر الإلكترونية. في المجهر الإلكتروني تقوم حزمة من الإلكترونات بالتصوير بدلا من شعاع الضوء، وإعطاء صورة مكبرة للعينة. المجاهر الإلكترونية أقوى بكثير من المجاهر الضوئية ، لأنها تستخدم الخاصية الموجية للإلكترونات ، ويمكنها بذلك عن طريق التحكم في طول موجتها الحصول صور على لأدق مكونات الاشياء المجهرية .

يلزم للحصول على صورة مكبرة واضحة أن تكون طول موجة الأشعة المسلطة على الشيئ أصغر من قياساته ، لهذا يحدد طول موجة الضوء (طول موجة الضوء المرئي بين 380 نانو متر و 750 نانومتر ) أما طول موجة شعاع الإلكترونات فيمكن التحكم فيه وتصغيرها إلى 3 نانومتر مثلا . بذلك نحصل بواسطه على صور أدق وتكبيره يصل مليون مرة . ويمكن لبعض المجاهر الإلكترونية أن تظهر حتى محيط ذرّات منفصلة في إحدى العينات .

يقوم المجهر الإلكتروني النافذ (م.أ.ن) بإرسال حزمة من الإلكترونات عبر شريحة العينة رقيقة جداً ، في الوقت الذي تقوم فيه عدسات مغناطيسية بتجميع الأشعة النافذ خلال العينة وتكبير الصورة وضبطها برؤيتها على شاشة فيديو أو لوح فوتوغرافي ، تنتج من هذه العملية صورة كتلك التي تراها في الصورة أ. يكبر المجهر الإلكتروني النافذ الأشياء حتى 200.000 مرة، لكن من سلبياته أنه لا يمكن استخدامه لمشاهدة العينات وهي حية.

أما المجهر الإلكتروني الماسح (م.أ.م) فيزودنا بصور مجسمة مدهشة كالتي تراها في الصورة ب . لا ضرورة لتقطيع العينة إلى شرائح من أجل رؤيتها من الداخل ، إنما يكفي رشها بطلاء معدني رقيق. ترسل حزمة من الإلكترونات فوق سطح العينة، مما يدفع بالطلاء المعدني إلى إطلاق وابل من الإلكترونات نحو شاشة فلورية أو لوحة تصوير فوتوغرافي، فتعطي صورة لسطح الشيء. تستطيع المجاهر الإلكترونية الماسحة تكبير الأشياء حتى مليون مرة، إنما لا يمكن استخدامها لمشاهدة العينات وهي حية، كما هي الحال بالنسبة للمجهر الإلكتروني النافذ ن وذلك بسبب طاقة الإلكترونات العالية (كلما زادت طاقة الإلكترونات كلما قصرت طول موجة أشعتها)

أجزاء المجهر المركب :

· عدسة عينية وهي مثبتة في الطرف العلوي للأسطوانة المعدنية الموجودة في أعلى جزء من المجهر ومن خلال هذه العدسة تنظر العين إلى الداخل لرؤية العينة المراد فحصها. (1)

· عدسات شيئية وهي مثبتة على قرص متحرك بالطرف السفلي للأسطوانة المعدنية وتكون قريبة من الشيء المراد تكبيره، لذلك سميت بالعدسات الشيئية ويتراوح عدد هذه العدسات بين (2 - 4) عدسات وتتدرج في قوة تكبيرها. (3(

· ضابطان أحدهما للضبط التقريبي والآخر للضبط الدقيق يمكن تدويرهما لرفع أو خفض العدسات عن العينة المدروسة لتوضيحها بعد اختيار قوة التكبير المطلوبة بأي من العدسات الأربع. (4(

· منضدة (مسرح)(منصة) مسطح مستو ويمكن رفعه أو خفضه أو يكون ثابتا وفي وسطه توجد فتحة وماسكان معدنيان لتثبيت الشريحة الزجاجية التي توضع عليها العينة المطلوب تكبيرها. (6(

· مرآة وتوجد في أسفل المنضدة ووظيفتها توجيه الضوء لينفذ من فتحة المنضدة ويسلط على العينة المثبتة على الشريحة، وهناك بعض المجاهر تكون مزودة بمصباح كهربائي بدلا من مرآة. (7(

التاريخ :

تم اختراع المجهر الالكتروني وتسليم أول براءة اختراع للعالم الفيزيائي الهنغاري ليو زيلارد الذي رفض صنعه.^[1] وبدلا من ذلك، قام الفيزيائي الألماني إرنست روسكا والمهندس الكهربائي ماكس نول بصنع النموذج الأولي للمجهر الإلكتروني في عام 1931 بقدرة 400 طاقة تكبير، كان الجهاز تطبيقاً عملياً وفعالاً لمبادئ الإلكترون المجهري.^[2] بعد ذلك بعامين، في عام 1933، بنى روسكا المجهر الإلكتروني الذي تجاوز الدقة التي بلغها مع مجهر بصري (عدسات).^[2] وعلاوة على ذلك، حصل راينولد ردينبيرغ مدير شركة سيمنز-سكاكيرتويرك على براءة اختراع للمجهر الإلكتروني في أيار/مايو1931. اضطرت الأمراض العائلية إلى اختراع المجاهر الكهربائية وذلك لجعل الفيروسات مثل شلل الأطفال مرئية.

في عام 1932، قام ارنست لوبك من شركة سيمنز، وهالسك بصنع أول نموذج للمجهر الإلكتروني وحصلوا على الصور وتطبيق المفاهيم التي تم وصفها في تطبيقات براءة اختراع ردنبيرغ.^[3] بعد خمس سنوات (1937)، موّلت الشركة عمل ارنست روسكا وبودو فون بورس، ووظفت هيلمت روسكا(شقيق ارنست)لتطوير تطبيقات للمجهر، خاصة مع العينات البيولوجية.^[2]^[4]أيضاً في عام 1937، اخترعت مانفريد فون آردن المجهر الإلكتروني الماسح.^[5] تم صنع أول مجهر إلكتروني عملي في عام 1938، في جامعة تورنتو بواسطة إلي فرانكلين بورتون والطلاب كيسل هول، جيمس هيلير وألبرت بريبس، وقامت شركة سيمنز بإنتاج أول نسخة تجارية منالمجهر الإلكتروني النافذ في عام 1939. وعلى الرغم من أن المجاهر الإلكترونية الحديثة قادرة على التكبير بقدرة مليوني طاقة تكبير، ولكن كأدوات علمية تظل مبنية على أساس النموذج الأولي لروسكا.

التكبير :

يتميز المجهر الإلكتروني بتكبير أكبر بكثير عن التكبير الذي تصل إليه المجاهر الضوئية. وترجع تلك الكفاءة إلى أن المجهر الإلكتروني يستخدم شعاعا من الإلكترونات، ويستفيد من ازدواجية الإلكترون كجسيم وموجة في نفس الوقت (ازدواجية موجة-جسيم). ويقوم المجهر بمعالجة شعاع الإلكترونات كما لو كان شعاعا ضوئيا مع الفارق أن المجهر الإلكتروني يستعمل عدسات مغناطيسية لتحزيم وضبط شعاع الإلكترونات بدلا من العدسات الضوئية التي يستعملها المجهر الضوئي المعتاد. ونطرا لأن الإلكترونات لها طول موجة أقصر نحو 100.000 مرة من طول موجة الضوء العادي ففي استطاعتها رؤية أشياء أصغر بكثير عما "يراه" المجهر العادي. وتبلغ تكبير المجهر الإلكتروني نحو 2.000.000 مرة بينما يبلغ أقصى تكبير للمجهر الضوئي نحو 2000 مرة فقط.

تحضير العينات :

1- اختيار العينه المراد فحصها من مكان مناسب.

2- تقطع العينه على شكل مكعب طول ضلعه (15-20)ملم اواسطوانه
قطرها (15-20) ملم. وارتفاعها كذلك.وتكون عملية القطع بواسطة منشار يدوي او كهربائي حسب الحاجة مع تجنب ارتفاع درجات الحرارة المعدن لانها تؤثر على الحدود البلورية للجزيئات وقد تؤدي الى تصليد المعادن مما يصعب تنعيمها وصقلها.
3- عمليةالتنعيم(Grinding):- تزال الزوائد والرايش الموجودة على حافات العينة بالكوسرة ومن بعد ذلك يتم تنعيم العينة على جهاز التنعيم وهو يتكون من قرص دوّار يلصق فوقه ورق الصنفرة . ويكون ورق الصنفرة مصنف بخمس درجات من الاخشن الى الانعم(220-320-400-600-1000) وتجرى عملية التنعيم من مرحلة الى اخرى حيث نستخدم في المرحلة الاولى ورق الصنفرة الاخشن220وبعده الانعم فالانعم حتى ورق الصنفرة قياس1000في المرحلة الاخيرة وفي كل مرحلة تدار العينة بزاوية 90درجة والغرض منها هو ازالة الخطوط والخدوش التي تخلفها المرحلة السابقة.

4- عملية الصقل(Polishing): تصقل العينات على جهاز الصقل الدوار وهو يشبه جهاز التنعيم حيث نلصق على القرص الدوار قماش من الكتان(Cloth)ويضاف الى القرص الدوار اثناء الدوران ماء مع محلول من اوكسيد الالمنيوم (Al2O3)اذا كان القماش من النوع الابيض(الكتان)او معجون الماس اذا كان القماش من النوع الاحمر (قماش القديفة )

5- عملية الاظهار:- الاظهار هو عملية توضيح الحدود البلورية وذلك باستخدام محلول كيميائي مناسب مثل(98%كحول مثيلي +2%حامض النتريك) او
(96%كحول مثيلي +4%حامض الكبريتيك) او أي محلول مناسب.
. حيث يتم غمر العينة في هذا المحلول باستخدام ملقط او باستخدام تقنية المسح.
6- عملية التجفيف( Drying):- تغسل العينة بعدها بالماء والكحول المثيلي وتجفف العينة في تيار من الهواء الساخن باستخدام المجفف الكهربائي .
7- عملية الفحص ( Examination):- تفحص العينة بعدها باستخدام المجهر الضوئي بين (100-400) مرة وقد تصل أحيانا الى 1000 مرة.