ข้ามไปเนื้อหา

กล้องจุลทรรศน์

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
กล้องจุลทรรศน์
(Microscope)

กล้องจุลทรรศน์ของโรเบิร์ต ฮุก
การใช้งานส่องดูวัตถุที่มีขนาดเล็ก
การทดลองหลักการค้นพบเซลล์
ผู้ประดิษฐ์แซคาเรียส แจนส์เซน
อันโตนี ฟัน เลเวินฮุก
อุปกรณ์อ้างอิงกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
กล้องจุลทรรศน์ใช้เลนส์ประกอบ สร้างโดยจอห์น คัฟฟ์ (John Cuff) ค.ศ. 1750

กล้องจุลทรรศน์ (จากภาษากรีก "μικρός" (micros) แปลว่า "เล็ก" และ "σκοπέω" (skopeo) แปลว่า "มอง" หรือ "ตรวจสอบ") เป็นอุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการที่ใช้ในการตรวจสอบวัตถุที่เล็กเกินกว่าจะมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า จุลทรรศนศาสตร์ (microscopy) คือศาสตร์ที่ศึกษาวัตถุและโครงสร้างขนาดเล็กโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ โดยคำว่า "จุลทรรศน์" หมายถึงสิ่งที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่าหากไม่ได้รับความช่วยเหลือจากกล้องจุลทรรศน์

มีหลายประเภทของกล้องจุลทรรศน์ และสามารถแบ่งกลุ่มได้หลายวิธี วิธีหนึ่งคือการอธิบายวิธีที่เครื่องมือใช้ในการโต้ตอบกับตัวอย่างและสร้างภาพ เช่น โดยการส่งลำแสงของ แสง หรือ อิเล็กตรอน ผ่านตัวอย่างในเส้นทางแสง หรือโดยการตรวจจับการปล่อยฟลูออเรสเซนซ์จากตัวอย่าง หรือโดยการสแกนข้ามและระยะสั้นจากพื้นผิวของตัวอย่างโดยใช้โพรบ กล้องจุลทรรศน์ที่ใช้บ่อยที่สุด (และชนิดแรกที่ถูกประดิษฐ์) คือกล้องจุลทรรศน์แสง ซึ่งใช้ เลนส์ ในการหักเห แสงที่มองเห็นได้ ที่ผ่านตัวอย่างที่ถูกตัดบาง ๆ เพื่อสร้างภาพที่สามารถสังเกตเห็นได้ ประเภทหลักอื่น ๆ ของกล้องจุลทรรศน์ ได้แก่ กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์, กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (ทั้งกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบถ่ายภาพและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน) และกล้องจุลทรรศน์แบบสแกนโพรบชนิดต่าง ๆ

ประวัติ

[แก้]

เดิมการศึกษาวัตถุที่มีขนาดเล็กมากใช้เพียงแว่นขยายและเลนส์อันเดียวส่องดู เช่นเดียวกับการใช้แว่นขยายส่องดูลายมือ ช่วงปี พ.ศ. 2133 แซคาเรียส แจนเซน (Zaccharias Janssen) ช่างทำแว่นชาวดัตช์ (หรือบิดาของเขา หรือทั้งคู่) ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์ประกอบ ประกอบด้วยแว่นขยายสองอัน[1][2] ต่อมากาลิเลโอ กาลิเลอี (Galileo Galilei) ได้สร้างแว่นขยายส่องดูสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ[3][4][5] ในปี พ.ศ. 2208 รอเบิร์ต ฮุก (Robert Hooke) ได้ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์ประกอบที่มีลำกล้องรูปร่างสวยงาม ป้องกันการรบกวนจากแสงภายนอกได้ และไม่ต้องถือเลนส์ให้ซ้อนกัน[6] เขาส่องดูไม้คอร์กที่ฝานบาง ๆ แล้วพบช่องเล็ก ๆ มากมาย เขาเรียกช่องเหล่านั้นว่าเซลล์ ซึ่งหมายถึงห้องว่าง ๆ หรือห้องขัง เซลล์ที่ฮุกเห็นเป็นเซลล์ที่ตายแล้ว เหลือแต่ผนังเซลล์ของพืชซึ่งแข็งแรงกว่าเยื่อหุ้มเซลล์ในสัตว์ จึงทำให้คงรูปร่างอยู่ได้ ฮุกจึงได้ชื่อว่าเป็นผู้ที่ตั้งชื่อเซลล์

ในปี พ.ศ. 2215 อันโตนี ฟัน เลเวินฮุก (Antony Van Leeuwenhoek) ชาวดัตช์ สร้างกล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์เดียวจากแว่นขยายที่เขาฝนเอง แว่นขยายบางอันขยายได้ถึง 270 เท่า เขาใช้กล้องจุลทรรศน์ตรวจดูหยดน้ำจากบึงและแม่น้ำ และจากน้ำฝนที่รองไว้ในหม้อ เห็นสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ มากมาย นอกจากนี้ เขายังส่องดูสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ เช่น เม็ดเลือดแดง, กล้ามเนื้อ เป็นต้น เมื่อเขาพบสิ่งเหล่านี้ เขารายงานไปยังราชสมาคมแห่งกรุงลอนดอน จึงได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์

  • พ.ศ. 2367 ดูโธรเชต์ (Rene J.H. Dutrochet) นักพฤกษศาสตร์ชาวฝรั่งเศสศึกษาเนื้อเยื่อพืช และสัตว์พบว่าประกอบด้วยเซลล์
  • พ.ศ. 2376 โรเบิร์ต บราวน์ (Robert Brown) นักพฤกษศาสตร์ชาวอังกฤษ เป็นคนแรกที่พบว่าเซลล์และพืชมีนิวเคลียสเป็นก้อนกลมๆ อยู่ภายในเซลล์
  • พ.ศ. 2378 เฟลิกซ์ ดือจาร์แดง (Félix Dujardin) นักสัตวศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ศึกษาจุลินทรีย์และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ พบว่าภายในประกอบด้วยของเหลวใส ๆ จึงเรียกว่า ซาร์โคด (sarcode) ซึ่งเป็นภาษาฝรั่งเศสมาจากศัพท์กรีกว่า ซารค์ (sarx) ซึ่งแปลว่าเนื้อ
  • พ.ศ. 2381 มัททิอัส ชไลเดน (Matthias Jacob Schleiden) นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมัน ศึกษาเนื้อเยื่อพืชชนิดต่าง ๆ พบว่าพืชทุกชนิดประกอบด้วยเซลล์
  • พ.ศ. 2382 ชไลเดนและทีโอดอร์ ชวาน (Theodor Schwann) จึงร่วมกันตั้งทฤษฎีเซลล์ ซึ่งมีใจความสรุปได้ว่า "สิ่งมีชีวิตทุกชนิดประกอบไปด้วยเซลล์และผลิตภัณฑ์จากเซลล์"
  • พ.ศ. 2382 ยัน เอวังเกลิสตา ปูร์กิเญ (Jan Evangelista Purkyně) นักสัตววิทยาชาวเชโกสโลวาเกีย ศึกษาไข่และตัวอ่อนของสัตว์ชนิดต่าง ๆ พบว่าภายในมีของเหลวใส เหนียว อ่อนนุ่มเป็นวุ้น เรียกว่าโพรโทพลาสซึม

ต่อจากนั้นมีนักวิทยาศาสตร์อีกมากมายทำการศึกษาเกี่ยวกับเซลล์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์ประกอบ และได้พัฒนาให้ดียิ่งขึ้น จนกระทั่งปี พ.ศ. 2475 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันคือแอนสท์ รัสกา (Ernst Ruska) และมักซ์ นอลล์ (Max Knoll) ได้เปลี่ยนแปลงกระบวนการของกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้แสงและเลนส์มาใช้ลำอิเล็กตรอน ทำให้เกิดกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนขึ้นในระยะต่อ ๆ มา[7][8] ปัจจุบันมีกำลังขยายกว่า 5 แสนเท่า

ชนิดของกล้องจุลทรรศน์

[แก้]

กล้องจุลทรรศน์สามารถแบ่งออกเป็นประเภทใหญ่ ๆ ได้ 2 ประเภท คือ กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (optical microscopes) และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (electron microscopes) ชนิดที่พบได้มากที่สุด คือชนิดที่ประดิษฐ์ขึ้นเป็นครั้งแรก เรียกว่า กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง เป็นอุปกรณ์ใช้แสงอย่างหนึ่ง มีเลนส์อย่างน้อย 1 ชิ้น เพื่อทำการขยายภาพวัตถุที่วางในระนาบโฟกัสของเลนส์นั้น ๆ

กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง

[แก้]
  1. Light microscope เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่พบอยู่ทั่วไป โดยเวลาส่องดูจะเห็นพื้นหลังเป็นสีขาว และจะเห็นจุลินทรีย์มีสีเข้มกว่า
  2. Stereo microscope เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่ส่องดูสิ่งมีชีวิตที่ไม่เล็กมาก ส่องดูเป็น 3 มิติ ส่วนใหญ่จะใช้ในการศึกษาแมลง
  3. Dark field microscope เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่มีพื้นหลังเป็นสีดำ เห็นเชื้อจุลินทรีย์สว่าง เหมาะสำหรับใช้ส่องจุลินทรีย์ที่มีขนาดเล็กที่ติดสียาก
  4. Phase contrast microscope ใช้สำหรับส่องเชื้อจุลินทรีย์ที่ยังไม่ได้ทำการย้อมสี จะเห็นชัดเจนกว่า Light microscope
  5. Fluorescence microscope ใช้แหล่งกำเนิดแสงเป็นอัลตราไวโอเลต ส่องดูจุลินทรีย์ที่ย้อมด้วยสารเรืองแสง ซึ่งเมื่อกระทบกับแสง UV จะเปลี่ยนเป็นแสงช่วงที่มองเห็นได้ แล้วแต่ชนิดของสารที่ใช้ พื้นหลังมักมีสีดำ

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

[แก้]

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (electron microscope) เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่มีกำลังการขยายสูงมาก เพราะใช้ลำแสงอิเล็กตรอนแทนแสงปกติและใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าแทนเลนส์แก้ว เป็นกล้องที่ใช้ในการศึกษาโครงสร้าง และส่วนประกอบของเซลล์ ได้อย่างละเอียด ที่กล้องชนิดอื่นไม่สามารถทำได้ มีกำลังขยาย x1,600 เท่า

ส่วนประกอบของกล้องจุลทรรศน์

[แก้]
  1. ฐาน (Base) เป็นส่วนที่ใช้วางบนโต๊ะ ทำหน้าที่รับน้ำหนักทั้งหมดของกล้องจุลทรรศน์ มีรูปร่างสี่เหลี่ยม หรือวงกลม ที่ฐานจะมีปุ่มสำหรับปิดเปิดไฟฟ้า
  2. แขน (Arm) เป็นส่วนเชื่อมตัวลำกล้องกับฐาน ใช้เป็นที่จับเพื่อเคลื่อนย้ายกล้องจุลทรรศน์
  3. ลำกล้อง (Body tube) เป็นส่วนที่ปลายด้านบนมีเลนส์ตา ส่วนปลายด้านล่างติดกับเลนส์วัตถุ ซึ่งติดกับแผ่นหมุนได้ เพื่อเปลี่ยนเลนส์ขนาดต่าง ๆ ติดอยู่กับจานหมุนที่เรียกว่า Revolving Nosepiece
  4. ปุ่มปรับภาพหยาบ (Coarse adjustment) ทำหน้าที่ปรับภาพโดยเปลี่ยนระยะโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุ (เลื่อนลำกล้องหรือแท่นวางวัตถุขึ้นลง) เพื่อทำให้เห็นภาพชัดเจน
  5. ปุ่มปรับภาพละเอียด (Fine adjustment) ทำหน้าที่ปรับภาพ ทำให้ได้ภาพที่ชัดเจนมากขึ้น
  6. เลนส์ใกล้วัตถุ (Objective lens) เป็นเลนส์ที่อยู่ใกล้กับแผ่นสไลด์ หรือวัตถุ ปกติติดกับแป้นวงกลมซึ่งมีประมาณ 3-4 อัน แต่ละอันมีกำลังบอกเอาไว้ เช่น x3.2, x4, x10, x40 และ x100 เป็นต้น ภาพที่เกิดจากเลนส์ใกล้วัตถุเป็นภาพจริงหัวกลับ
  7. เลนส์ใกล้ตา (Eye piece) เป็นเลนส์ที่อยู่บนสุดของลำกล้อง โดยทั่วไปมีกำลังขยาย 10x หรือ 15x ทำหน้าที่ขยายภาพที่ได้จากเลนส์ใกล้วัตถุให้มีขนาดใหญ่ขึ้น ทำให้เกิดภาพที่ตาผู้ศึกษาสามารถมองเห็นได้ โดยภาพที่ได้เป็นภาพเสมือนหัวกลับ
  8. เลนส์รวมแสง (Condenser) ทำหน้าที่รวมแสงให้เข้มขึ้นเพื่อส่งไปยังวัตถุที่ต้องการศึกษา
  9. กระจกเงา (Mirror) ทำหน้าที่สะท้อนแสงจากธรรมชาติหรือแสงจากหลอดไฟภายในห้องให้ส่องผ่านวัตถุโดยทั่วไปกระจกเงามี 2 ด้าน ด้านหนึ่งเป็นกระจกเงาเว้า อีกด้านเป็นกระจกเงาระนาบ สำหรับกล้องรุ่นใหม่จะใช้หลอดไฟเป็นแหล่งกำเนิดแสง ซึ่งสะดวกและชัดเจนกว่า
  10. ไดอะแฟรม (Diaphragm) อยู่ใต้เลนส์รวมแสงทำหน้าที่ปรับปริมาณแสงให้เข้าสู่เลนส์ในปริมาณที่ต้องการ
  11. แท่นวางวัตถุ (Speciment Stage) เป็นแท่นใช้วางแผ่นสไลด์ที่ต้องการศึกษา
  12. ที่หนีบสไลด์ (Stage Clip) ใช้หนีบสไลด์ให้ติดอยู่กับแท่นวางวัตถุ ในกล้องรุ่นใหม่จะมี Mechanical stage แทนเพื่อควบคุมการเลื่อนสไลด์ให้สะดวกยิ่งขึ้น
  13. จานหมุน (Revolving nosepiece)  ใช้หมุนเมื่อต้องการเปลี่ยนกำลังขยายของเลนส์ใกล้วัตถุ

ระเบียงภาพ

[แก้]

อ้างอิง

[แก้]
  1. Sir Norman Lockyer (1876). Nature Volume 14.
  2. Albert Van Helden; Sven Dupré; Rob van Gent (2010). The Origins of the Telescope. Amsterdam University Press. pp. 32–36, 43. ISBN 978-90-6984-615-6.
  3. Raymond J. Seeger, Men of Physics: Galileo Galilei, His Life and His Works, Elsevier – 2016, p. 24
  4. J. William Rosenthal, Spectacles and Other Vision Aids: A History and Guide to Collecting, Norman Publishing, 1996, page 391
  5. uoregon.edu, Galileo Galilei (Excerpt from the Encyclopedia Britannica)
  6.  Henker, Otto (1911). "Microscope" . ใน Chisholm, Hugh (บ.ก.). สารานุกรมบริตานิกา ค.ศ. 1911. Vol. 18 (11 ed.). สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์. p. 392.
  7. Knoll, M.; Ruska, E. (1932). "Beitrag zur geometrischen Elektronenoptik. I". Annalen der Physik. 404 (5): 607–640. Bibcode:1932AnP...404..607K. doi:10.1002/andp.19324040506. ISSN 0003-3804.
  8. Knoll, M.; Ruska, E. (1932). "Das Elektronenmikroskop". Zeitschrift für Physik (ภาษาเยอรมัน). 78 (5–6): 318–339. Bibcode:1932ZPhy...78..318K. doi:10.1007/BF01342199. ISSN 1434-6001. S2CID 186239132.

แหล่งข้อมูลอื่น

[แก้]