آنالیز میکروسکوپی چیست و چگونه انجام می شود؟

آنالیز میکروسکوپی  (Microscopic Analysis) روشی است که با استفاده از انواع میکروسکوپ اطلاعاتی در رابطه با ساختار و ترکیب مواد بدست می آید. آنالیز میکروسکوپی با استفاده از ابزارهای اپتیکی برای بزرگنمایی ترکیبات انجام می شود و برای پیشرفت زمینه های تحقیقاتی کارایی بسیار بالایی دارد. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این زمینه ارائه می شود.

آنالیز میکروسکوپی برای به دست آوردن درک صحیح از ساختار یا نانوساختار مواد ، مواد شیمیایی  یا محصولات ضروری است. داده های حاصل از تجزیه و تحلیل میکروسکوپی برای پردازش برنامه های تحقیق و توسعه محصولات و بررسی دلیل عدم موفقیت محصول یا مواد و یا رفع مشکلات آلودگی در ساخت و ساز یا سایر قسمت های زنجیره تأمین  بسیار مهم است.

تجزیه و تحلیل میکروسکوپی کارآمد نیاز به تجهیزات دقیق آماده سازی نمونه ، ابزار دقیق میکروسکوپی ، دوربین های ویژه و نرم افزار تجزیه و تحلیل تصویر دارد. از میکروسکوپ نوری گرفته تا میکروسکوپ الکترونی روبشی با وضوح بالا (SEM) توانایی انسان برای تجزیه و تحلیل نمونه ها را به شدت افزایش داده اند.

البته نتایج و تصاویر ضبط شده باید توسط متخصصین میکروسکوپ واجد شرایط و مجرب ارزیابی شود تا بینش ارزشمندی که برای حل مشکلات یا گسترش درک مطالب خود نیاز دارید را بدست بیاورید.

تاریخچه آنالیز میکروسکوپی

استفاده از اولین میکروسکوپ ها به قرن ۱۷ برمی گردد. میکروسکوپ های اولیه لنزهای شیشه ای با بزرگنمایی محدود داشتند که تقریبا مانند شیشه عینک عمل می کرد. اما میکروسکوپ های ترکیبی پیشرفته تر اولین بار در اروپا در حدود سال ۱۶۲۰ ظاهر شدند.

آنتونی ون لیوونهاوک در دهه ۱۶۷۰ میكروسكوپ ساده ای با بزرگنمایی بسیار بالا اختراع كرد و به عنوان اولین میكروسكوپیست و میكروبیولوژیست شناخته می شود.

کاربردهای آنالیز میکروسکوپی

تجزیه و تحلیل میکروسکوپی شامل طیف گسترده ای از فناوری میکروسکوپی برای مشاهده و اندازه گیری ویژگی های سطحی میکروسکوپی تا ابعاد نانو است.

این روش برای بررسی نمونه های متالورژی و زمین شناسی ، مواد شیمیایی ، مواد الکترونیکی ، سرامیک ، نمونه های بیولوژیکی ، ذرات ، باقیمانده ها و آلاینده ها در سطوح مختلف استفاده می شود.

آنالیز میکروسکوپی طیف گسترده ای از تکنیک های آماده سازی نمونه ، مانند پراکندگی ، آنالیز مقطعی ، اولترامایکروتومی ، نصب پایه های اپوکسی و پولیش را به کار می گیرد تا نمونه مناسبی انتخاب شود.

با جدیدترین تجهیزات میکروسکوپی  حتی می توان کوچکترین جزئیات ساختاری را به خوبی به تصویر کشید و اطلاعات ساختاری ، شیمیایی یا متالورژیکی بدست آمده را برای پیشرفت محصول یا زمینه های تحقیقاتی مورد استفاده قرار داد.

روش های آنالیز میکروسکوپی

 

آنالیز سطح: به شناسایی و آنالیز ذرات ، آنالیز عنصری نمونه های جامد، تشخیص ناخالصی ها ، شناسایی عیوب و ناهنجاری های فیزیکی و شیمیایی کمک می کند.

تست و آنالیز ذرات (دانه ها): برای اندازه گیری اندازه ذرات، توزیع اندازه ذرات، اندازه گیری سطح و … کاربرد دارد.

آنالیز و شناسایی مورفولوژی: برای شناسایی انواع نمونه ها شامل پروتئین، پلیمر، فیلم ها و پوشش (coating)، مواد دارویی، فلزات، سرامیک، شیشه، ماد غذایی  استفاده می شود.

آنالیز میکروسکوپی فلزات:  برای بررسی ساختار و دانه بندی (grain) در فلزات  و هم چنین برای شناسایی فلزات پس از حرارت دیدن و پردازش استفاده می شود.

آنالیز میکروسکوپی پلیمرها:  برای مطالعه آزمون های ساختاری خصوصا در مقیاس نانو برای مواد پلیمری از جمله کامپوزیت ها و انواع چسب مورد استفاده قرار می گیرد.

میکروسکوپ های مورد استفاده در آنالیز میکروسکوپی

برای بهبود کنتراست نمونه یا برجسته سازی ساختارهای خاص در یک نمونه ، باید از تکنیک های ویژه در آنالیز میکروسکوپی استفاده کرد که به تدریج منجر به اختراع میکروسکوپ های پیشرفته برای کاربردهای اختصاصی شد که در ادامه شرح داده شده است.

میکروسکوپ نوری

این میکروسکوپ با استفاده از پرتوهای مرئی و انواع عدسی ها به بزرگنمایی نمونه تا ۲۰۰۰ برابر می پردازد. میکروسکوپ نوری بزرگنمایی محدودی دارد و به همین جهت برای ارزیابی اولیه نمونه ها بکار می رود و شناسایی تخصصی با میکروسکوپ های تخصصی صورت می گیرد.

میکروسکوپ زمینه روشن

این میکروسکوپ ساده ترین میکروسکوپ نوری است که روشن سازی و وضوح  نمونه از طریق انتقال نورسفید از زیر نمونه صورت می گیرد. محدودیت های این روش شامل کنتراست کم اکثر نمونه های بیولوژیکی و وضوح ظاهری کم به دلیل تار بودن مواد خارج از فوکوس است. سادگی این روش و حداقل نیاز برای آماده سازی نمونه  در این روش مزایای قابل توجهی می باشند.

میکروسکوپ الکترونی

در این میکروسکوپ از پرتوی الکترونی به جای نور استفاده می شود. بزرگنمایی در این میکروسکوپ بسیار بالاتر و باکیفیت تر است و در مراکز تحقیقاتی کاربرد گسترده ای دارد. متداول ترین نوع میکروسکوپ های الکترونی میکروسکوپ الکترون روبشی و میکروسکوپ الکترون عبوری هستند که با دقت بسیار بالا در مراکز علمی مورد استفاده قرار می گیرند.

علاوه بر موارد فوق در حال حاضر انواعی از میکروسکوپ های بسیار پیشرفته در مراکز علمی و تحقیقاتی برای آنالیز میکروسکوپی نمونه ها مورد استفاده قرار می گیرد که باعث پیشرفت های فوق العاده ای در زمینه های علمی و علم مواد شده اند.

انواع آنالیزهای میکروسکوپی امروزه از نور ، الکترون ، مادون قرمز و ماوراء بنفش طیف الکترو مغناطیسی استفاده می کنند  و روشی عالی برای بررسی ، طبقه بندی و شناسایی نمونه های هستند که اطلاعات کمی در مورد آنها وجود دارد.