روشنی خوردبین اور الیکٹران خوردبین کے مشاہدے کی حد کیا ہے؟
آپٹیکل مائکروسکوپ کی ساخت آپٹیکل مائکروسکوپ عام طور پر ایک اسٹیج، ایک کنڈینسر الیومینیشن سسٹم، ایک معروضی لینس، ایک آئی پیس اور فوکس کرنے والے میکانزم پر مشتمل ہوتی ہے۔ اسٹیج کو مشاہدہ کرنے والی چیز کو پکڑنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ فوکسنگ میکانزم کو فوکس کرنے والی نوب کے ذریعے چلایا جا سکتا ہے تاکہ موٹے ایڈجسٹمنٹ اور ٹھیک ایڈجسٹمنٹ کے لیے اسٹیج کو اوپر اور نیچے لے جایا جا سکے، تاکہ مشاہدہ شدہ چیز کو فوکس کیا جا سکے اور واضح طور پر تصویر بنائی جا سکے۔
اس کی اوپری تہہ کو افقی جہاز میں ٹھیک سے منتقل اور گھمایا جا سکتا ہے، اور مشاہدہ شدہ حصہ عام طور پر منظر کے میدان کے مرکز میں ایڈجسٹ کیا جاتا ہے۔ اسپاٹ لائٹ الیومینیشن سسٹم روشنی کے منبع اور کنڈینسر لینس پر مشتمل ہے۔ کنڈینسر لینس کا کام مشاہدہ شدہ حصے میں زیادہ ہلکی توانائی کو مرکوز کرنا ہے۔ الیومینیٹر کی سپیکٹرل خصوصیات کو مائکروسکوپ کے ریسیور کے ورکنگ بینڈ کے مطابق ڈھالنا ضروری ہے۔
معروضی لینس مشاہدہ شدہ شے کے قریب واقع ہوتا ہے اور یہ وہ لینس ہے جو پہلے درجے کی میگنیفیکیشن کو محسوس کرتا ہے۔ آبجیکٹیو لینس کنورٹر پر ایک ہی وقت میں مختلف میگنیفیکیشنز کے ساتھ کئی معروضی لینز نصب کیے جاتے ہیں، اور مختلف میگنیفیکیشنز کے ساتھ معروضی لینس کنورٹر کو گھما کر کام کرنے والے آپٹیکل راستے میں داخل ہو سکتے ہیں۔ مقصدی لینس کی میگنیفیکیشن عام طور پر 5 سے 100 گنا ہوتی ہے۔ معروضی لینس ایک نظری عنصر ہے جو خوردبین میں تصویر کے معیار میں فیصلہ کن کردار ادا کرتا ہے۔
عام طور پر استعمال شدہ رنگین مقاصد جو روشنی کے دو رنگوں کے لیے رنگین خرابی کو درست کر سکتے ہیں۔ اعلیٰ معیار کے اپوکرومیٹک مقاصد جو روشنی کے تین رنگوں کے لیے رنگین خرابی کو درست کر سکتے ہیں۔ اس بات کا یقین کر سکتے ہیں کہ معروضی لینس کا پورا تصویری طیارہ ایک طیارہ ہے، تاکہ منظر کے میدان کو بہتر بنایا جا سکے فلیٹ فیلڈ کے مقاصد کو معمولی امیجنگ کے معیار کے ساتھ۔ مائع وسرجن کے مقاصد اکثر ہائی پاور آبجیکٹیو لینز میں استعمال ہوتے ہیں، یعنی 1 کا ریفریکٹیو انڈیکس آبجیکٹیو لینس کی نچلی سطح اور نمونہ شیٹ کی اوپری سطح کے درمیان بھرا ہوتا ہے۔
5 یا اس سے، یہ خوردبین مشاہدے کے حل کو نمایاں طور پر بہتر بنا سکتا ہے۔ آئی پیس ایک لینس ہے جو انسانی آنکھ کے قریب دوسرے درجے کی میگنیفیکیشن حاصل کرنے کے لیے ہوتا ہے، اور آئینے کی میگنیفیکیشن عام طور پر 5 سے 20 گنا ہوتی ہے۔ منظر کے میدان کے سائز کے مطابق جو دیکھا جا سکتا ہے، آئی پیسز کو عام آئی پیسز میں تقسیم کیا جا سکتا ہے جس میں ایک چھوٹے فیلڈ آف ویو اور بڑے فیلڈ آئی پیسز (یا وسیع زاویہ آئی پیس) بڑے فیلڈ آف ویو کے ساتھ۔
فوکس ایڈجسٹمنٹ حاصل کرنے اور واضح امیج حاصل کرنے کے لیے اسٹیج اور معروضی لینس دونوں کو مقصدی لینس کے نظری محور کی نسبت حرکت کرنے کے قابل ہونا چاہیے۔ ہائی میگنیفیکیشن آبجیکٹیو لینس کے ساتھ کام کرتے وقت، قابل اجازت فوکسنگ رینج اکثر مائیکرون سے چھوٹی ہوتی ہے، اس لیے مائکروسکوپ میں انتہائی درست مائیکرو فوکسنگ میکانزم ہونا چاہیے۔ مائکروسکوپ میگنیفیکیشن کی حد موثر میگنیفیکیشن ہے، اور خوردبین کی ریزولیوشن سے مراد دو آبجیکٹ پوائنٹس کے درمیان کم از کم فاصلہ ہے جسے خوردبین کے ذریعے واضح طور پر پہچانا جا سکتا ہے۔
ریزولوشن اور میگنیفیکیشن دو الگ لیکن متعلقہ تصورات ہیں۔ جب منتخب آبجیکٹو لینس کا عددی یپرچر کافی بڑا نہ ہو، یعنی ریزولوشن کافی زیادہ نہ ہو، تو خوردبین آبجیکٹ کی باریک ساخت میں فرق نہیں کر سکتی۔ اس وقت، اگر میگنیفیکیشن کو ضرورت سے زیادہ بڑھا بھی دیا جائے تو صرف ایک تصویر ہی حاصل کی جا سکتی ہے جس کی بڑی خاکہ لیکن غیر واضح تفصیلات ہوں۔ ، جسے غیر موثر میگنیفیکیشن کہا جاتا ہے۔
دوسری طرف، اگر ریزولیوشن ضروریات کو پورا کرتی ہے اور میگنیفیکیشن ناکافی ہے، تو خوردبین حل کرنے کی صلاحیت رکھتی ہے، لیکن تصویر اتنی چھوٹی ہے کہ انسانی آنکھ واضح طور پر نہیں دیکھ سکتی۔ لہٰذا، خوردبین کی حل کرنے کی طاقت کو پورا کرنے کے لیے، عددی یپرچر کو خوردبین کی کل میگنیفیکیشن کے ساتھ معقول طور پر ملایا جانا چاہیے۔ کنڈینسڈ الیومینیشن سسٹم کا مائکروسکوپ کی امیجنگ کارکردگی پر بڑا اثر ہے، لیکن یہ ایک ایسا لنک بھی ہے جسے صارفین آسانی سے نظر انداز کر دیتے ہیں۔
اس کا کام آبجیکٹ کی سطح کی کافی اور یکساں روشنی فراہم کرنا ہے۔ کنڈینسر سے شہتیر معروضی لینس کے یپرچر زاویہ کو بھرنے کے قابل ہونا چاہئے، بصورت دیگر اعلی ترین ریزولوشن جو مقصدی لینس حاصل کر سکتا ہے پوری طرح سے استعمال نہیں کیا جا سکتا۔ اس مقصد کے لیے، کنڈینسر کو فوٹو گرافی کے مقصد سے ملتا جلتا ایک متغیر یپرچر ڈایافرام فراہم کیا جاتا ہے، اور یپرچر کے سائز کو الیومینیشن بیم یپرچر کو ایڈجسٹ کرنے کے لیے ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے تاکہ مقصد کے یپرچر زاویہ سے مماثل ہو۔
روشنی کے طریقہ کار کو تبدیل کر کے، آپ مشاہدے کے مختلف طریقے حاصل کر سکتے ہیں جیسے روشن پس منظر پر تاریک آبجیکٹ پوائنٹس (جسے روشن فیلڈ لائٹنگ کہا جاتا ہے) یا تاریک پس منظر پر روشن آبجیکٹ پوائنٹس (جسے ڈارک فیلڈ لائٹنگ کہتے ہیں)، تاکہ مختلف حالات میں بہتر طریقے سے دریافت کیا جا سکے۔ اور مائکرو اسٹرکچر کا مشاہدہ کریں۔ الیکٹران مائکروسکوپ ایک ایسا آلہ ہے جو الیکٹران آپٹکس کے اصول کے مطابق روشنی کی بیم اور آپٹیکل لینس کو الیکٹران بیم اور الیکٹران لینس سے بدل دیتا ہے، تاکہ مادے کی باریک ساخت کو بہت زیادہ میگنیفیکیشن کے تحت امیج کیا جا سکے۔
الیکٹران خوردبین کی حل کرنے کی طاقت کا اظہار دو ملحقہ پوائنٹس کے درمیان سب سے چھوٹے فاصلے سے ہوتا ہے جسے یہ حل کر سکتا ہے۔ 1970 کی دہائی میں، ٹرانسمیشن الیکٹران خوردبین کی ریزولیوشن تقریباً 0.3 نینو میٹر تھی (انسانی آنکھ کی حل کرنے کی طاقت تقریباً 0.1 ملی میٹر تھی)۔ اب الیکٹران مائیکروسکوپ کی زیادہ سے زیادہ میگنیفیکیشن 3 ملین گنا سے زیادہ ہے، اور آپٹیکل مائکروسکوپ کی زیادہ سے زیادہ میگنیفیکیشن تقریباً 2000 گنا ہے، لہٰذا بعض بھاری دھاتوں کے ایٹموں اور کرسٹل میں صاف ستھرا جوہری جالیوں کا براہ راست الیکٹران مائکروسکوپ کے ذریعے مشاہدہ کیا جا سکتا ہے۔
1931 میں، جرمنی میں Knorr-Bremse اور Ruska نے کولڈ کیتھوڈ ڈسچارج الیکٹران سورس اور تین الیکٹران لینز کے ساتھ ایک ہائی وولٹیج آسیلوسکوپ میں ترمیم کی، اور دس بار سے زیادہ ایک میگنیفائیڈ امیج حاصل کی، جس نے الیکٹران مائکروسکوپ کے ذریعے میگنفائنگ امیجنگ کے امکان کی تصدیق کی۔ . . 1932 میں روسکا کی بہتری کے بعد الیکٹران مائیکروسکوپ کی ریزولونگ پاور 50 نینو میٹر تک پہنچ گئی جو اس وقت آپٹیکل مائیکروسکوپ کی ریزولونگ پاور سے تقریباً دس گنا تھی، اس لیے الیکٹران مائکروسکوپ لوگوں کی توجہ مبذول کرنے لگی۔
1940 کی دہائی میں، ریاستہائے متحدہ میں ہل نے الیکٹران لینس کی گردشی عدم توازن کی تلافی کے لیے ایک astigmatist کا استعمال کیا، جس نے الیکٹران خوردبین کی حل کرنے کی طاقت میں ایک نئی پیش رفت کی اور آہستہ آہستہ جدید سطح تک پہنچ گئی۔ چین میں، ایک ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپ 1958 میں 3 نینو میٹر کی ریزولوشن کے ساتھ کامیابی سے تیار کی گئی تھی، اور 1979 میں اسے 0 کی ریزولوشن کے ساتھ بنایا گیا تھا۔
3 nm بڑا الیکٹران خوردبین۔ اگرچہ الیکٹران خوردبین کی حل کرنے کی طاقت آپٹیکل خوردبین کے مقابلے میں کہیں بہتر ہے، لیکن جانداروں کا مشاہدہ کرنا مشکل ہے کیونکہ الیکٹران خوردبین کو خلا کے حالات میں کام کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، اور الیکٹران کی شعاعوں کی شعاع ریزی سے حیاتیاتی نمونوں کو بھی نقصان پہنچے گا۔ دیگر مسائل، جیسے الیکٹران گن کی چمک اور الیکٹران لینس کے معیار میں بہتری، پر بھی مزید مطالعہ کرنے کی ضرورت ہے۔
حل کرنے کی طاقت الیکٹران مائیکروسکوپی کا ایک اہم اشارہ ہے، جو نمونے سے گزرنے والے الیکٹران بیم کے واقعہ شنک زاویہ اور طول موج سے متعلق ہے۔ نظر آنے والی روشنی کی طول موج تقریباً 300 سے 700 نینو میٹر ہے، جبکہ الیکٹران بیم کی طول موج کا تعلق تیز رفتار وولٹیج سے ہے۔ جب تیز رفتار وولٹیج 50-100 kV ہے، الیکٹران بیم کی طول موج تقریباً 0 ہوتی ہے۔
0053 سے 0.0037 nm۔ چونکہ الیکٹران بیم کی طول موج نظر آنے والی روشنی کی طول موج سے بہت چھوٹی ہے، یہاں تک کہ اگر الیکٹران بیم کا مخروطی زاویہ آپٹیکل مائکروسکوپ کا صرف 1 فیصد ہے، تب بھی الیکٹران خوردبین کی حل کرنے کی طاقت اس سے کہیں زیادہ ہے۔ ایک نظری خوردبین کی. الیکٹران مائکروسکوپ تین حصوں پر مشتمل ہے: لینس ٹیوب، ویکیوم سسٹم اور پاور سپلائی کیبنٹ۔
لینس بیرل میں بنیادی طور پر الیکٹران گن، الیکٹران لینس، نمونہ ہولڈر، فلوروسینٹ اسکرین اور کیمرہ میکانزم شامل ہوتا ہے، جو عام طور پر اوپر سے نیچے تک سلنڈر میں جمع ہوتے ہیں۔ ویکیوم سسٹم مکینیکل ویکیوم پمپ، ڈفیوژن پمپ اور ویکیوم والو وغیرہ پر مشتمل ہوتا ہے۔ گیس پائپ لائن لینس بیرل سے منسلک ہوتی ہے۔ پاور سپلائی کیبنٹ ایک ہائی وولٹیج جنریٹر، ایک ایکسیٹیشن کرنٹ سٹیبلائزر اور مختلف ایڈجسٹمنٹ اور کنٹرول یونٹس پر مشتمل ہے۔
الیکٹران لینس الیکٹران خوردبین بیرل کا سب سے اہم حصہ ہے۔ یہ ایک مقامی الیکٹرک فیلڈ یا مقناطیسی فیلڈ کا استعمال کرتا ہے جو لینس بیرل کے محور کے متوازی ہوتا ہے تاکہ الیکٹران کی رفتار کو محور کی طرف موڑ کر فوکس کرنے کے لیے بنایا جا سکے۔ اس کا کام شہتیر کو فوکس کرنے کے لیے شیشے کے محدب لینس کی طرح ہے، اس لیے اسے الیکٹران کہتے ہیں۔ لینس زیادہ تر جدید الیکٹران خوردبین برقی مقناطیسی لینز کا استعمال کرتے ہیں، جو قطب کے جوتے کے ساتھ ایک کنڈلی کے ذریعے انتہائی مستحکم DC اتیجیت کرنٹ کے ذریعے پیدا ہونے والے مضبوط مقناطیسی میدان کے ذریعے الیکٹرانوں کو فوکس کرتے ہیں۔
الیکٹران گن ایک جزو ہے جس میں ٹنگسٹن فلیمینٹ ہاٹ کیتھوڈ، ایک گرڈ اور کیتھوڈ ہوتا ہے۔ یہ یکساں رفتار کے ساتھ ایک الیکٹران بیم کا اخراج اور تشکیل کر سکتا ہے، اس لیے تیز رفتار وولٹیج کا استحکام 1/10،000 سے کم نہیں ہے۔ الیکٹران خوردبین کو ان کی ساخت اور استعمال کے مطابق ٹرانسمیشن الیکٹران خوردبین، اسکیننگ الیکٹران خوردبین، عکاسی الیکٹران خوردبین اور اخراج الیکٹران خوردبین میں تقسیم کیا جاسکتا ہے۔
ٹرانسمیشن الیکٹران خوردبین اکثر ان باریک مادی ڈھانچے کا مشاہدہ کرنے کے لیے استعمال کی جاتی ہیں جن کی عام خوردبینوں سے تمیز نہیں کی جا سکتی ہے۔ اسکیننگ الیکٹران خوردبین بنیادی طور پر ٹھوس سطحوں کی شکل کا مشاہدہ کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہیں، اور انہیں ایکس رے ڈفریکٹومیٹرز یا الیکٹران انرجی اسپیکٹومیٹرز کے ساتھ ملا کر الیکٹران بھی بنایا جا سکتا ہے۔ مادی ساخت کے تجزیہ کے لیے مائکرو پروبس؛ خود سے خارج ہونے والی الیکٹران سطحوں کے مطالعہ کے لیے Emission Electron Microscopy۔
پروجیکشن الیکٹران مائکروسکوپ کا نام الیکٹران بیم کے نمونے میں داخل ہونے کے بعد رکھا گیا ہے اور پھر تصویر اور بڑا کرنے کے لئے الیکٹران لینس کا استعمال کرتا ہے۔ اس کا نظری راستہ نظری خوردبین سے ملتا جلتا ہے۔ اس الیکٹران خوردبین میں، تصویر کی تفصیلات کا تضاد نمونے کے ایٹموں کے ذریعے الیکٹران بیم کے بکھرنے سے پیدا ہوتا ہے۔ نمونے کے پتلے یا کم گھنے حصے، الیکٹران بیم کم بکھرتے ہیں، اس لیے زیادہ الیکٹران معروضی یپرچر سے گزرتے ہیں، امیجنگ میں حصہ لیتے ہیں، اور تصویر میں زیادہ روشن دکھائی دیتے ہیں۔
اس کے برعکس، تصویر میں نمونے کے موٹے یا گھنے حصے گہرے دکھائی دیتے ہیں۔ اگر نمونہ بہت موٹا یا بہت گھنا ہے، تو تصویر کا کنٹراسٹ خراب ہو جائے گا یا الیکٹران بیم کی توانائی کو جذب کرنے سے نقصان یا تباہ ہو جائے گا۔ ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپ ٹیوب کا سب سے اوپر ایک الیکٹران گن ہے۔ الیکٹران ٹنگسٹن فلیمینٹ ہاٹ کیتھوڈ سے خارج ہوتے ہیں اور الیکٹران بیم کو فوکس کرنے کے لیے پہلے اور دوسرے کنڈینسر سے گزرتے ہیں۔
نمونے سے گزرنے کے بعد، الیکٹران بیم کو معروضی لینس کے ذریعے انٹرمیڈیٹ آئینے پر امیج کیا جاتا ہے، اور پھر انٹرمیڈیٹ آئینے اور پروجیکشن آئینے کے ذریعے قدم بہ قدم بڑھایا جاتا ہے، اور پھر فلوروسینٹ اسکرین یا فوٹو گرافک ڈرائی پلیٹ پر امیج کیا جاتا ہے۔ انٹرمیڈیٹ آئینہ بنیادی طور پر اتیجیت کرنٹ کو ایڈجسٹ کرتا ہے، اور میگنیفیکیشن کو مسلسل دسیوں بار سے سینکڑوں ہزار بار تک تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ انٹرمیڈیٹ آئینے کی فوکل لینتھ کو تبدیل کرکے، ایک ہی نمونے کے چھوٹے حصوں پر الیکٹران مائکروسکوپ امیجز اور الیکٹران ڈفریکشن امیجز حاصل کیے جاسکتے ہیں۔ .
موٹے دھاتی ٹکڑوں کے نمونوں کا مطالعہ کرنے کے لیے، فرانسیسی ڈولوس الیکٹران آپٹکس لیبارٹری نے ایک الٹرا ہائی وولٹیج الیکٹران مائکروسکوپ تیار کیا ہے جس کی تیز رفتار وولٹیج 3500 kV ہے۔ سکیننگ الیکٹران خوردبین کا الیکٹران بیم نمونے سے نہیں گزرتا، بلکہ نمونے کی سطح پر صرف سیکنڈری الیکٹرانوں کو اسکین اور حوصلہ افزائی کرتا ہے۔ نمونے کے ساتھ لگا ہوا ایک سنٹیلیشن کرسٹل یہ ثانوی الیکٹران حاصل کرتا ہے اور امپلیفیکیشن کے بعد پکچر ٹیوب کے الیکٹران بیم کی شدت کو ماڈیول کرتا ہے، اس طرح پکچر ٹیوب کی سکرین پر چمک بدل جاتی ہے۔
پکچر ٹیوب کا ڈیفلیکشن یوک نمونے کی سطح پر الیکٹران بیم کے ساتھ ہم آہنگی سے اسکین کرتا رہتا ہے، تاکہ پکچر ٹیوب کی فلوروسینٹ اسکرین نمونے کی سطح کی ٹپوگرافک امیج دکھاتی ہے، جو صنعتی ٹیلی ویژن کے کام کرنے والے اصول کی طرح ہے۔ اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپ کی ریزولوشن بنیادی طور پر نمونے کی سطح پر الیکٹران بیم کے قطر سے طے کی جاتی ہے۔
میگنیفیکیشن تصویری ٹیوب پر سکیننگ کے طول و عرض کا نمونہ پر سکیننگ طول و عرض کا تناسب ہے، جسے دسیوں بار سے سینکڑوں ہزار بار تک مسلسل تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ الیکٹران خوردبین کو اسکین کرنے کے لیے بہت پتلے نمونوں کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔ تصویر کا ایک مضبوط تین جہتی اثر ہے؛ یہ ثانوی الیکٹران، جذب شدہ الیکٹران اور مادے کے ساتھ الیکٹران بیم کے تعامل سے پیدا ہونے والی ایکس رے جیسی معلومات کا استعمال کرتے ہوئے مادے کی ساخت کا تجزیہ کر سکتا ہے۔
سکیننگ الیکٹران مائیکروسکوپ کی الیکٹران گن اور کنڈینسر تقریباً ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپ کی طرح ہی ہیں، لیکن الیکٹران بیم کو پتلا بنانے کے لیے، کنڈینسر لینس کے نیچے ایک معروضی لینس اور ایک astigmatism شامل کیا جاتا ہے، اور باہمی طور پر دو سیٹ۔ معروضی لینس کے اندر کھڑے سکیننگ بھی نصب ہیں۔ کنڈلی معروضی عینک کے نیچے نمونہ کا چیمبر نمونہ کا مرحلہ رکھتا ہے جسے منتقل، گھمایا اور جھکایا جا سکتا ہے۔
