ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के मुख्य अनुप्रयोग क्षेत्रों का परिचय
ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप एक प्राचीन और युवा वैज्ञानिक उपकरण है। इसके जन्म से लेकर अब तक इसका इतिहास 300 साल पुराना है। ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के उपयोग की एक विस्तृत श्रृंखला है। उदाहरण के लिए, जीव विज्ञान, रसायन विज्ञान, भौतिकी, खगोल विज्ञान आदि में, यह कुछ वैज्ञानिक अनुसंधान कार्यों में माइक्रोस्कोप से अविभाज्य है।
विभिन्न अनुप्रयोग उद्देश्यों के अनुसार, सूक्ष्मदर्शी को मोटे तौर पर चार श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है: जैविक सूक्ष्मदर्शी, मेटलोग्राफिक सूक्ष्मदर्शी, स्टीरियो सूक्ष्मदर्शी और ध्रुवीकरण सूक्ष्मदर्शी। जैसा कि नाम से पता चलता है, जैविक सूक्ष्मदर्शी मुख्य रूप से बायोमेडिसिन में उपयोग किए जाते हैं, और अवलोकन वस्तुएं ज्यादातर पारदर्शी या पारभासी सूक्ष्म-पिंड होती हैं; मेटलोग्राफिक माइक्रोस्कोप का उपयोग मुख्य रूप से अपारदर्शी वस्तुओं की सतह का निरीक्षण करने के लिए किया जाता है, जैसे मेटलोग्राफिक संरचना और सामग्री की सतह दोष; जबकि स्टीरियोस्कोपिक सूक्ष्मदर्शी सूक्ष्म वस्तुओं को बड़ा करते हैं, वे मानव आंख के सापेक्ष एक ही दिशा में वस्तुओं और छवियों को भी बनाते हैं, और गहराई की भावना रखते हैं, जो लोगों की पारंपरिक दृश्य आदतों के अनुरूप है; ध्रुवीकरण सूक्ष्मदर्शी विभिन्न सूक्ष्म-वस्तु घटकों को अलग करने के लिए ध्रुवीकृत प्रकाश के लिए विभिन्न सामग्रियों के संचरण या प्रतिबिंब विशेषताओं का उपयोग करते हैं। इसके अतिरिक्त कुछ विशेष प्रकारों को भी उपविभाजित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक उलटा जैविक माइक्रोस्कोप या एक कल्चर माइक्रोस्कोप एक जैविक माइक्रोस्कोप है जिसका उपयोग मुख्य रूप से एक कल्चर बर्तन के नीचे से कल्चर का निरीक्षण करने के लिए किया जाता है; एक प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोप एक विशिष्ट छोटी तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश को अवशोषित करने और इन पदार्थों के अस्तित्व की खोज करने और उनकी सामग्री निर्धारित करने के लिए एक विशिष्ट लंबी तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश उत्सर्जित करने के लिए कुछ पदार्थों की विशेषताओं का उपयोग करता है; एक तुलनात्मक माइक्रोस्कोप दो वस्तुओं के बीच समानता और अंतर की तुलना करने के लिए एक ही दृश्य क्षेत्र में दो वस्तुओं की जुड़ी हुई या आरोपित छवियां बना सकता है।
पारंपरिक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप मुख्य रूप से ऑप्टिकल सिस्टम और उनकी सहायक यांत्रिक संरचनाओं से बने होते हैं। ऑप्टिकल सिस्टम में ऑब्जेक्टिव लेंस, ऐपिस और कंडेनसर लेंस शामिल हैं, जो सभी विभिन्न ऑप्टिकल ग्लास से बने जटिल आवर्धक ग्लास हैं। वस्तुनिष्ठ लेंस नमूने को बड़ा करता है, और इसका आवर्धन Mobject निम्नलिखित सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है: Mobject =Δ∕f'object, जहां f'object वस्तुनिष्ठ लेंस की फोकल लंबाई है, और Δ को दूरी के रूप में समझा जा सकता है ऑब्जेक्टिव लेंस और ऐपिस के बीच। ऐपिस ऑब्जेक्टिव लेंस द्वारा बनाई गई छवि को फिर से बड़ा करता है, जिससे अवलोकन के लिए मानव आंख के सामने 250 मिमी पर एक आभासी छवि बनती है। अधिकांश लोगों के लिए यह सबसे आरामदायक अवलोकन स्थिति है। ऐपिस का आवर्धन M=250/f' आँख, जहाँ f' ऐपिस की फोकल लंबाई है। माइक्रोस्कोप का कुल आवर्धन वस्तुनिष्ठ लेंस और ऐपिस का उत्पाद है, अर्थात, M=M ऑब्जेक्ट*M आंख=Δ*250/f' आंख *f; वस्तु। यह देखा जा सकता है कि ऑब्जेक्टिव लेंस और ऐपिस की फोकल लंबाई कम करने से कुल आवर्धन में वृद्धि होगी, जो माइक्रोस्कोप के साथ बैक्टीरिया और अन्य सूक्ष्मजीवों को देखने की कुंजी है, और यह इसके और साधारण आवर्धक चश्मे के बीच का अंतर भी है।
तो, क्या बिना किसी सीमा के 'ऑब्जेक्ट एफ' जाल को कम करना संभव है, ताकि आवर्धन बढ़ाया जा सके, ताकि हम अधिक सूक्ष्म वस्तुओं को देख सकें? जवाब न है! ऐसा इसलिए है क्योंकि इमेजिंग के लिए उपयोग की जाने वाली रोशनी अनिवार्य रूप से एक प्रकार की विद्युत चुम्बकीय तरंग है, इसलिए प्रसार प्रक्रिया के दौरान विवर्तन और हस्तक्षेप घटनाएं अनिवार्य रूप से घटित होंगी, ठीक उसी तरह जैसे पानी की सतह पर तरंगें जो दैनिक जीवन में देखी जा सकती हैं, बाधाओं का सामना करते समय घूम सकती हैं , और पानी की लहरों के दो स्तंभ मिलने पर एक दूसरे को मजबूत या कमजोर कर सकते हैं। जब किसी बिंदु-आकार की चमकदार वस्तु से उत्सर्जित प्रकाश तरंग वस्तुनिष्ठ लेंस में प्रवेश करती है, तो वस्तुनिष्ठ लेंस का फ्रेम प्रकाश के प्रसार में बाधा उत्पन्न करता है, जिसके परिणामस्वरूप विवर्तन और हस्तक्षेप होता है। ऑब्जेक्टिव लेंस से गुजरने के बाद, यह अब एक बिंदु पर इकट्ठा नहीं हो सकता है, बल्कि एक निश्चित आकार के साथ प्रकाश का एक स्थान बनाता है, और परिधि पर कमजोर और धीरे-धीरे कमजोर तीव्रता के साथ प्रकाश के छल्ले की एक श्रृंखला होती है। हम केंद्रीय उज्ज्वल स्थान को हवादार डिस्क कहते हैं। जब दो प्रकाश उत्सर्जक बिंदु एक निश्चित दूरी के करीब होते हैं, तो दो प्रकाश धब्बे तब तक ओवरलैप होंगे जब तक उन्हें दो प्रकाश धब्बे के रूप में पहचाना नहीं जा सकता। रेले ने यह सोचते हुए एक निर्णय मानक प्रस्तावित किया कि जब दो प्रकाश धब्बों के केंद्रों के बीच की दूरी हवादार डिस्क की त्रिज्या के बराबर होती है, तो दो प्रकाश धब्बों को अलग किया जा सकता है। गणना के बाद, इस समय दो प्रकाश-उत्सर्जक बिंदुओं के बीच की दूरी e=0.61 In/n.sinA=0.61 In/NA है। सूत्र में, In प्रकाश तरंग तरंग दैर्ध्य है, और प्रकाश तरंग तरंग दैर्ध्य जो मानव आंख द्वारा प्राप्त की जा सकती है वह लगभग 0 है। उदाहरण के लिए, हवा में, n≈1, पानी में, n≈1.33, और A, ऑब्जेक्टिव लेंस के फ्रेम के ल्यूमिनसेंट बिंदु के उद्घाटन कोण का आधा है, और NA को ऑब्जेक्टिव लेंस का संख्यात्मक एपर्चर कहा जाता है। उपरोक्त सूत्र से यह देखा जा सकता है कि वस्तुनिष्ठ लेंस जिन दो बिंदुओं के बीच अंतर कर सकता है, उनके बीच की दूरी प्रकाश की तरंग दैर्ध्य और संख्यात्मक एपर्चर द्वारा सीमित होती है। चूंकि सबसे संवेदनशील मानव आंख की तरंग दैर्ध्य लगभग 0.5um है, और कोण A 90 डिग्री से अधिक नहीं हो सकता है, synA हमेशा 1 से कम होता है। उपलब्ध प्रकाश-संचारण का अधिकतम अपवर्तनांक माध्यम लगभग 1.5 है, इसलिए e का मान हमेशा 0.2um से अधिक होता है, जो कि न्यूनतम सीमा दूरी है जिसे ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप द्वारा हल किया जा सकता है। माइक्रोस्कोप के माध्यम से छवि को बड़ा करें। यदि आप ऑब्जेक्ट बिंदु दूरी ई को बढ़ाना चाहते हैं जिसे ऑब्जेक्टिव लेंस द्वारा एक निश्चित एनए मान के साथ मानव आंख द्वारा हल किया जा सकता है, तो आपको मी ग्रेटर दैन 0.15 मिमी के बराबर या उससे अधिक की आवश्यकता है, जहां { {29}}.15मिमी दो सूक्ष्म वस्तुओं के बीच की न्यूनतम दूरी है जिसे मानव आंख द्वारा आपकी आंखों के सामने 25{31}}मिमी पर पहचाना जा सकता है, इसलिए एम (0.15∕0.61)एनए से अधिक या उसके बराबर है ≈500N.A. यह आवर्धन को दोगुना करने के लिए पर्याप्त है, यानी, 500N.A से कम या उसके बराबर M 1000N.A से कम या उसके बराबर, जो माइक्रोस्कोप के कुल आवर्धन की एक उचित चयन सीमा है। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि कुल आवर्धन कितना बड़ा है, यह अर्थहीन है, क्योंकि ऑब्जेक्टिव लेंस के संख्यात्मक एपर्चर ने न्यूनतम समाधान योग्य दूरी को सीमित कर दिया है, और आवर्धन को बढ़ाकर छोटी वस्तु के विवरण को अलग करना असंभव है।
ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप में इमेजिंग कंट्रास्ट एक अन्य प्रमुख मुद्दा है। तथाकथित कंट्रास्ट छवि सतह पर आसन्न भागों के बीच काले और सफेद कंट्रास्ट या रंग अंतर को संदर्भित करता है। मानव आंख के लिए 0.02 से नीचे चमक के अंतर को आंकना मुश्किल है, लेकिन यह रंग के अंतर के प्रति थोड़ा अधिक संवेदनशील है। कुछ माइक्रोस्कोप ऑब्जेक्ट, जैसे कि जैविक नमूने, के विवरणों के बीच चमक में बहुत कम अंतर होता है, और माइक्रोस्कोप ऑप्टिकल सिस्टम की डिज़ाइन और निर्माण त्रुटियां इमेजिंग कंट्रास्ट को और कम कर देती हैं और अंतर करना मुश्किल बना देती हैं। इस समय, वस्तु का विवरण स्पष्ट रूप से नहीं देखा जा सकता है।
वर्षों से, लोगों ने माइक्रोस्कोप के रिज़ॉल्यूशन और इमेजिंग कंट्रास्ट को बेहतर बनाने के लिए कड़ी मेहनत की है। कंप्यूटर प्रौद्योगिकी और उपकरणों की निरंतर प्रगति के साथ, ऑप्टिकल डिजाइन के सिद्धांत और तरीकों में भी लगातार सुधार हुआ है। कच्चे माल के प्रदर्शन में सुधार, प्रौद्योगिकी और पता लगाने के तरीकों में निरंतर सुधार और अवलोकन विधियों के नवाचार के साथ मिलकर, ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप की इमेजिंग गुणवत्ता विवर्तन सीमा की पूर्णता के करीब पहुंच गई है। लोग नमूना धुंधलापन, अंधेरे क्षेत्र, चरण कंट्रास्ट, प्रतिदीप्ति, हस्तक्षेप और ध्रुवीकृत प्रकाश का उपयोग करेंगे। इमेजिंग उपकरण एक के बाद एक सामने आए हैं, और कुछ पहलुओं में उनका प्रदर्शन बेहतर है, लेकिन वे अभी भी सस्तेपन, सुविधा, अंतर्ज्ञान और विशेष रूप से जीवित जीवों पर अनुसंधान के लिए उपयुक्त ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के साथ प्रतिस्पर्धा नहीं कर सकते हैं। ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप अभी भी मजबूती से अपनी स्थिति पर कायम हैं। दूसरी ओर, लेजर, कंप्यूटर, नई सामग्री प्रौद्योगिकी और सूचना प्रौद्योगिकी के साथ मिलकर, प्राचीन ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप कायाकल्प कर रहा है और जोरदार जीवन शक्ति दिखा रहा है। डिजिटल माइक्रोस्कोप, लेजर कन्फोकल स्कैनिंग माइक्रोस्कोप, निकट-क्षेत्र स्कैनिंग माइक्रोस्कोप, दो-फोटॉन माइक्रोस्कोप और विभिन्न नए कार्यों वाले या विभिन्न नई पर्यावरणीय परिस्थितियों के अनुकूल उपकरण एक अंतहीन धारा में उभरते हैं, जो ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के अनुप्रयोग क्षेत्र को और विस्तारित करता है, जैसे उदाहरण। मंगल ग्रह के रोवर्स से अपलोड की गई चट्टानों की संरचनाओं की सूक्ष्म तस्वीरें कितनी रोमांचक हैं! हम पूरी तरह से विश्वास कर सकते हैं कि ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप एक अद्यतन दृष्टिकोण के साथ मानव जाति को लाभान्वित करेगा।
