Mikroskop, cıplak gozle gorulemeyecek kadar kucuk cisimleri gormeye ve incelemeye yarayan aygıttır. MERCEK madddesinde anlatılan basit buyutecler bazen “basit mikroskop” olarak tanımlanır; ama mikroskop deyimini, daha buyuk, daha karmaşık ve cok daha etkili bir alet olan “bileşik mikroskop” icin kullanmak daha doğru olur.
Mikroskopun oluşturduğu goruntuye doğrudan yada bir ekran uzerine yansıtılılarak yada fotoğrafı cekilerek bakılabilir. Mikroskopla incelenen maddeler saydam yada saydamsız olabilir. Bileşik mikroskoplarda bakteri boyutlarındaki cisimler incelenebilir, ote yandan elektron mikroskopuyla cok kucuk viruslerin ve buyuk molekullerin gorulmesi olanaklıdır.
Optik Mikroskop: (tarihce) İlk mikroskop turu 15.yy’ın ortalarından başlayarak buyutec olarak kullanılan tek mercekli mikroskoptu. Geliştirdiği tekniklerle cok yuksek nitelikli mercekler yapmayı başaran Felemenkli doğabilimci Antonie van Leeuwenhoek(1632-1723), bunlara 2-3 mikrometre(0,002-0,003mm) capındaki bakterileri incelemeyi başardı. O donemde boyle tek mercekli mikroskoplar renkser sapınc(aberasyon) sorununu artıran bileşik(iki yada daha fazla mercekli) mikroskoplara yeğlenmekteydi. İlk bileşik mikroskop, 1590-1609 arasındaki donemde Felemenk’te yapıldı; bu tur mikroskopu Hans Jansen, onun oğlu Zacharias ya da Hans Lippershey’in bulduğu kabul edilir. Bulunuşundan kısa sure sonra İtalyan ve İngiliz optikcilerin yaptıkları bileşik mikroskoplar yaygın olarak kullanılmaya başlandı; ama bu mikroskoplarda kullanılan merceklerin renkser sapıncı goruntunun renklenmesine ve bozulmasına yol acıyordu. İlk olarak teleskoplarda kullanılan ve renkser sapıncı buyuk olcude ortadan kaldıran renksemez(akromatik) mercekler mikroskoplarda 18.yy’ın sonlarında Hollanda’da kullanılmaya başladı. Ayrılımı(farklı dalgaboylarındaki ışığın kırılma indisinin farklı olması nedeniyle değişik renklerin farklı miktarlarda kırılarak birbirlerinden ayrılması) duşuk crown camından yapılmış bir dışbuke(tumsek) mercek ile ayrılımı yuksek flint camından yapılmış bir icbuaaa(cukur) merceğin birleştirilmesiyle oluşturulan renksemez merceklerin yapımına ilişkin ilk kurumsal calışmayı İngiliz optikci Joseph Jackson Lister gercekleştirdi. (1830) mikroskop tasarımında en onemli gelişme Alman fizikci Ernst Abbe (1840-1905) tarafından gercekleştirildi. Abbe, yağa daldırılmış objektif tekniğini (objektif ile incelenecek cisim arasına bir yağ damlasının yerleştirilmesi yontemi) buldu, cisim uzerinde ışığın yoğunlaştırılmasını sağlayan kondansoru geliştirdi, merceklerin ayırma gucu ve ışık toplama yeteneklerinin belirlenmesini sağlayan “sayısal acıklık” kavramını ortaya koydu ve yuksek nitelikli, sapıncsız apokromatik mercek sistemini geliştirdi. Abbe,mikroskopta ayırma gucunun optik sistemin sayısal acıklığının buyutulmesi ya da daha kısa dalgaboyu ışık kullanılmasıyla yukseltilebileceğini de belirledi. Gorunur ışık kullanılarak birinci yontemin kuramsal sınırlarına ulaştıktan sonra, ikinci yolun denenmesine gecildi, boylece morotesi ışınımdan yararlanan mikroskoplar gercekleştirildi, ama bu tur mikroskopların yapımında onemli teknik zorluklarla karşılaşıldı.1924’de Fransız fizikci Louis-Victor Broglie, elektron demetinin bir dalga demeti ozelliği gosterdiğini ortaya koydu. Elektron demetinin dalgaboyunun ışığın dalga boyuna oranla cok daha kısa olmasından yararlanarak 1930’lu yıllarda elektron mikroskopu gercekleştirildi. Elektron mikroskopuyla elde edilen buyutme gucu 50 binin ustundedir.
Bileşik Mikroskop: Tek bir yakınsak mercekten oluşan ve yalın mikroskop olarakta bilinen buyuteclerle 20’den yuksek buyutme gucu elde edilmesinde merceğin sapınc ozelliklerinden kaynaklanan onemli sorunlar ortaya cıkar. Gunluk yaşamda kullanılan buyutme gucu duşuk buyuteclerin yanı sıra duyarlı mekanik aygır yapımcılarının gozlerine kıstırarak kullandıkları ve saatci gozluğu denilen buyutecler yalın mikroskopların gunumuzde yararlanılan ornekleridir. Cift dışbuaaa yada duzlem dışbuaaa (bir yuzu duzlemsel diğeri dışbuaaa) bir yakınsak mercek olan buyutecte goruntu sanal ve duzdur. Bileşik mikroskopta temel olarak iki yakınsak mercek bulunur. Bunlardan incelenecek cisme bakan merceğe objektif(cismin merceği) , goze yakın olanada gozmerceği(okuler) denir. İncelenecek cisim uzerine ya bir icbuaaa ayna yada bir ışık kaynağı ile bir yakınsak mercek sisteminden(kondasor) oluşan aydınlatma sistemi aracılığıyla odaklanmış ışık duşurulur. Objektif ile gozmerceği uygun bir mekanizma aracılığıyla birbirlerine gore ileri-geri, yada orneğin yerleştirildikleri tabla aşağı-yukarı hareket ettirilebilir ve boylece objektif ile cisim arasındaki uzaklık cok duyarlı bir bicimde ayarlanabilir.
Objektifin odak uzaklığı buyutme gucu duşuk mikroskoplarda 25-75mm,orta buyutmeli mikroskoplarda 8-16mm, yuksek buyutmeli mikroskoplarda ise 2-4mm’dir. Cok kucuk odak uzaklıkları yağa daldırılmış objektiflerde kullanılır. Cisim objektifin odak noktasının onune ve odağa cok yakın olarak yerleştirilir, bu durumda objektifin arka odak duzleminin gerisinde, cisme gore ters ve buyuk bir gercek goruntu elde edilir. Bu goruntunun cisme oranla buyukluğu, 2 ile 100 arasındadır. Bu goruntu, buyutec olarak calışan ve sanal goruntu oluşturan gozmerceği tarafından daha da buyutulur.
Bir mikroskopun yalnızca cismin buyutulmuş bir goruntusunu vermesi yeterli değildir;cisme ilişkin ince ayrıntıların da gorulebilmesi, bu nedenle de goruntunun keskin olması gerekir. Goruntunun keskinliğini sınırlayan ise merceğin sapınc kusurlarıdır. Bu kusurların başında faklı dalgaboyundaki ışık ışınları icin(kırılma indisinin farklı olmasından dolayı ) odak noktalarının farklı olmasından kaynaklanan ve goruntunun kenarlarında renk sacakları oluşmasına neden olan renkser sapınc gelir. Renkser sapınc, yakınsak merceğe, ayrılımı daha yuksek camdan yapılmış uygun bir ıraksak merceğin eklenmesiyle giderilebilir. Mercek yuzeylerinin kuresel olmasından kaynaklanan kuresel sapıncta goruntunun bulanıklaşmasına neden olur. Sapıncları ortadan kaldırmak icin tasarımlanan mercek sisteminin yapısı merceğin buyutmesi yukseldikce karmaşıklaşır, dolayısıyla yapım maliyeti yukselir. Yuksek ayırma gucu elde edebilmek icin duzeltilmesi gereken dort sapınc turu daha vardır:Koma(goruntu ekseninin belirli bolumlerinde goruntunun bozulması), astigmatlık, distorsiyon(goruntunun carpılması) ve alan eğriliği. Butun bu sapıncları belirli olcude duzeltmek amacıyla ceşitli mercek sistemleri tasarımlanmıştır. Bunları renksemez(akromatik), apokramatik ve yarıapokromatik(fluorit) mercekler olarak uc genel sınıfa ayırmak olanaklıdır. Fotomikroskopide buyuk sakıncalar yaratan alan eğriliği kusurunu gidermek amacıyla “duz alanlı mercek” olarak adlandırılan ozel mercek sistemleri geliştirilmiştir. Gozmerceği genellikle iki ayrı mercekten oluşur; bunlardan goze yakın olanı renkser sapıncı engellemek amacıyla crown-flint camlarından yapılmış mercek cifti bicimindedir. Objektifte tam olarak giderilemeyen kusurları dengelemek uzere ozel olarak tasarımlanan gozmerceği ayrıca goruntude yer belirlemeye yarayan gostergeler ya da goruntu uzerinde kafes biciminde bir desen oluşturan cizgiler icerir.
Ozel Mikroskop Turleri: Stereoskopik mikroskoplar birbirine ozdeş iki mikroskoptan oluşur. Bunların eksenleri arasında yaklaşık 16 derecelik bir acı vardır, boylece iki eksenin incelenecek cisim uzerinde kesişmesi sağlanır, bu tur mikroskoplarla cismin stereoskopik bir goruntusu elde edilir. Gozlenen cismin duz goruntusunu elde etmek icin prizma kullanılır. Tek bir objektifi bulunan ve ışık ışınlarını ikiye ayırarak iki gozmerceğine yonelten turden stereoskopik mikroskoplar da yaygın olarak kullanılır.
Ultramikroskop, koloit (asıltı) parcacıklarını incelemek amacıyla 1903’te geliştirilmiştir. Adi mikroskopla gaozlenemeyecek kadar kucuk olan bu parcacıklar, guclu bir ışık kaynağı aracılığıyla mikroskop eksenine dik doğrultuda ışıkla aydınlatılır. Parcacıkların sacılıma uğrattığı ışık karanlık zemin onunde oluşan parıltılar biciminde gozlenir. Bu yontemle 5-10 milimikron capındaki parcacıkların oluşturduğu parıltıların gozlenmesi olanaklıdır.
aaaalurji mikroskopları ışık gecirmeyen malzemelerin, ozellikle aaaallerin yapısını incelemek amacıyla kullanılır. İncelenecek ornek, yuzu aşağı gelecek bicimde yerleştirilir ve alttan duşey olarak aydınlatılır. Bu tur mikroskoplar genellikle fotoğraf makinesiyle donatılmışlardır.
Mikroskopta oluşan goruntunun kontrastlığı, orneğin ışığı soğurma niteliğinden kaynaklanır; kontrastlığı artırmak icin genellikle orneğin boyanması gerekir. Canlı hucrelerin ve benzer saydam cisimlerin incelenmesinde, boyamanın olanaksızlığından dolayı buyuk zorlukla karşılaşılır. Faz kontrastlı mikroskoplar ve girişimli mikroskoplar orneğin herhangi bir işlemden gecirilmesine gerek kalmaksızın, kontrastın optik yontemlerle yukseltilmesini sağlayan ve ozellikle biyolojide yaygın kullanım alanı olan mikroskop turleridir.
Mikroskopun ayırma gucunu yukseltmenin bir yolu kısa dalga boylu ışık kullanmaktır. Bu amacla gercekleştirilen ve mor otesi ışınımdan yararlanan mikroskoplarda incelenecek ornek mor otesi ışınımla aydınlatılır. Bu tur mikroskopta merceklerin kuvarstan yapılmış olması gerekir. Morotesi ışınım mikroskopu adi mikroskopa oranla iki kat yuksek ayırma gucu sağlar; ama bu mikroskop turu, odaklama guclukleri ve goruntunun yalnızca fotoğraf aracılığıyla elde edilebilmesi yuzunden yaygınlaşamamıştır. Morotesi ışınıma duyarlı televizyon kameralarının geliştirilmesiyle morotesi ışınım mikroskopu daha kullanışlı bir yapıya kavuşmuştur. Morotesi ışınımın ornekte oluşturduğu fluorışımadan yararlanan fluorışımalı mikroskoplar da ozellikle biyoloji ve tıpta kullanılır.
Aynalarda renkser sapınca hic bulunmaması, odak uzaklığının gorunur ışık icinde, morotesi ve kızılotesi ışınımlar ıcin de aynı kalması yansıtıcı (mercek yerine ayna kullanan) mikroskop yapımı duşuncesini doğurmuştur. Boyle bir mikroskopta ayna kullanma zorunluluğu vardır; kuresel olmayan aynaların yapımı ise oldukca zordur. Ayrıca ayna yuzeylerinin atmosfer etkisiyle bozulup kararması buyuk bi sorun olmaktaydı.
Oteki mikroskop turleri arasında ozellikle jeoloji ve kristalografide kullanılan ve incelenecek orneğin kutuplanmış ışıkla aydınlatıldığı kutuplayıcı mikroskop; daha cok silisyum kristallerindeki kusurların incelenmesinde ve sahte sanat urunlerinin belirlenmesinde yararlanılan kızılotesi ışınımın mikroskopu; laser ışını ve x ışınları kullanan mikroskoplar ile cok yuksek frekanslı sesustu dalgalardan yararlanan cok yuksek ayırma guclu akustik mikroskoplar sayılabilir.
Elktron Mikroskopu: Fransız fizikci Louis-Victor Broglie 1924’te, o doneme değin maddesel parcacık olarak kabul edilen elektronların ve oteki parcacıkların aynı zamanda dalga ozelliği gosterdiğini ortaya koydu. Elektronların dalga yapısı 1927’de deneysel olarak hesaplandı. Parcacıkların bir dalga olarak sahip oldukları dalga boyunu veren ve Broglie’nin ortaya koyduğu eşitliğe gore, orneğin 60.000 voltla hızlandırılmış elektronların etkin dalga boyu 0,05 angstromdur, bir başka deyişle yeşil ışın dalga buyunun 100.000’de 1’ine eşittir. Bu nedenle mikroskopta ışık yerine boyle bir dalganın kullanılması durumunda ayırma gucunun cok buyuk olcude artması beklenebilir. Elektrostatik ve magnetik alanların elektronlardan ya da başka yuklu parcacıklardan oluşan demetleri saptırabildiği ve odaklayabildiğinin 1926’da kanıtlanması uzerine ayrı bir fizik dalı olarak elektronoptiği ortaya cıktı. İlk elektron mikroskopu 1933’te gercekleştirildi; optik mikroskoplarla elde edilebilen ayırma gucu elektron mikroskopu kullanılarak bir kac yıl icinde aşıldı. İlk ticari elektron mikroskopunun yapımına 1935’te İngiltere’de başlandı. Bunu Almanya ve ABD izledi. Gunumuzde elektron mikroskoplarıyla 3 angstromden kucuk uzunluklar secilebilmekte, boylece buyuk molekullerin doğrudan gozlenmesi olanaklı olmaktadır.
Optik Mikroskopa Gore Farklar: Elektronlar hava icinde heve molekulleri ile carpışmalarından oturu yol alamadıklarından, elektron demetinin gectiği yolda havanın boşaltılmış olması gerekir. Bu nedenle canlı ornekler elektron mikroskopuyla incelenemez. Optik mikroskopta merceklerin odak uzaklıkları sabittir ve odaklama icin orneğin objektife uzaklığı değiştirilir. Elektron mikroskopunda kullanılan elektrostatik ya da magnetik alan merceklerin odak uzaklıkları değişkendir ve kolaylıkla ayarlanabilir; bu nedenle mercekler arasındaki uzaklık ve orneğin objektife uzaklığı sabit tutulur. Optik teleskoplarda genellikle sanal goruntu elde edilir; elektron mikroskopunda ise goruntu gercektir, bu nedenle fluorışın bir ekran uzerinde oluşturularak doğrudan gorulur duruma getirilebilir ya da film uzerinde oluşturularak fotoğrafı elde edilebilir. Optik mikroskopta goruntu, ışığın, incelenen ornek tarafından soğurulması sonucunda oluşur; elektron mikroskopunda ise goruntuyu oluşturan, elektronların, ornekteki atomlar tarafından sacılıma uğratılmasıdır. Ağır (atom numarası yuksek) atomlar elektronları daha kolay sacılıma uğrattığından incelenen ornekte ne kadar cok ağır atom varsa goruntunun kontrastlığı da o oranda yuksek olur. Elektron mikroskopunda elektron demetini saptırma yada odaklama amacıyla kullanılan mercekler elektrostatik ya da elektromagnetik merceklerdir. En yalın elektrostatik mercek ic ice iki eşeksenli aaaal silindirden ya da art arda yerleştirilmiş iki aaaal levhadan oluşur.
Gecişli Elektron Mikroskopu: Elektron demetini incelenen orneğin icinden gecerek goruntu oluşturduğu ceşitli elektron mikroskoplarında başlıca uc bolum bulunur: 1) Elektron demetini ureten ve orneğe odaklayan bolum 2) Goruntuyu oluşturan bolum 3) Goruntu izleme bolumu
Elektron demetini oluşturan bolum elektron tabancası olarak adlandırılır. Mikroskopun elektron tabancasından ekrana ya da filme kadar tum bolumlerinin elektronlarının serbestce yol almalarını sağlamak uzere havası boşaltılmış bir sistem icinde bulundurulması gerekir.
Yuksek Gerilimli Mikroskoplar: Alışılagelmiş elektron mikroskoplarında elektronları hızlandıran gerilimin değeri 100 kilovolt civarındadır. Buna karşılık, 1.200.000 voltluk gerilimler kullanan mikroskoplarda yapılmıştır. Yuksek gerilim kullanmanın ustunluklerini şoyle sıralayabiliriz: 1) Gerilim yukseldikce, elektron hızı buyur 2) Hızlı elektronlar alın orneklerden daha cabuk gecer 3) Enerji kayıplarından kaynaklanan renkser sapınc artar 4) Ornek daha az ısınır, bozucu etkiler azalır 5) Elektron kırınım desenlerinin ayırma gucu yukselir. Yuksek hızlı elktronların yolu uzerindeki cisimlere carpmasıyla ortaya cıkan x ışınlarının mikroskop kullananlara zarar vermemesi icin de gerekli onlemlerin alınması gerekir.
Tarıyıcı Elektron Mikroskopu: Cisimlerin yuzeyini incelemek uzere geliştirilen tarıyıcı elktron mikroskopunda uygun bir saptırıcı duzenek aracılığıyla bir elktron demetinin incelenecek yuzeyi surekli olarak taraması sağlanır. Yuzeye carpan elektronlar yuzeyden ikincil elektronların fırlamasına yol acar. Bu ikincil elektronlar bir kırpışım kristaline (elektronların carpmasıyla kısa sureli ani ışık parlamaları oluşturan kristal) gonderilir.kristalde ortaya cıkan parlamalar bir fotocoğaltıcı lamba aracılığıyla yuzbinlerce kez yukseltilerek elektrik sinyaline donuşturur. Bu elektrik sinyali bir katot ışının lambadaki (televizyon goruntu tupu) goruntunun parlaklığını denetler. Katot ışınlı lambanın ekranını denetleyen demetin mikroskopla incelenecek yuzeyi tarayan demetle eşzamanlı tarama yapması sağlanır. Boylece lamba ekranındaki bir noktanın parlaklığı orneğin yuzunde bu noktaya karşılık gelen noktada salınan ikincil elektronların sayısıyla orantılı olur. Sonuc olarak ekranda incelenen yuzeyin yapısını gosteren bir goruntu elde edilir.
Elektron Sondalı Mikrocozumleyici: 1947’de geliştirilen elektron sondalı mikrocozumleyici ornekteki elementleri buyuk bir ayırma gucu ile belirleyebilmektedir. Elektron sondali mikrocozumleyici ozellikle mineraloji ve aaaalurjide yaygın olarak kullanılır.
Alan Etkili Mikroskop: Alan etkisiyle salım olgusundan yararlanarak calışan bu aygıt, temel olarak, bir katot ışınlı lamba icine yerleştirilmiş cok ince bir telden oluşur. Guclu bir elektrik alanının etkisiyle telin ucandan elektronlar fırlar; bu elktronlar lambanın fluorışın ekranına duşerek ekranda ince telin ucunu goruntusunu oluşturur. Boyle bir aygıtta buyutme, fluorışın ekranının eğrilik yarı capı ile telin ucunun yarı capı arasındaki orana eşittir. Bu yontemle yalnızca yuksek sıcaklıklara dayanıklı tungsten, platin, molibden gibi aaaaller incelenebilir, cunku telin ucunda ortaya cıkan yuksek akım yoğunluğu yuzden buyuk ısı acığa cıkar.
Alan etkili mikroskopun değişik bir tur de kristal yapısındaki kusurları doğrudan incelenmesine olanak sağlayan alan etkili iyon mikroskopudur.