Mikroskop

Latar Belakang

Mikroskop adalah alat yang digunakan untuk menghasilkan gambar yang diperbesar dari benda-benda kecil. Jenis mikroskop yang paling umum adalah mikroskop optik, yang menggunakan lensa untuk membentuk gambar dari cahaya tampak. Mikroskop elektron membentuk gambar dari berkas elektron. Mikroskop akustik membentuk gambar dari gelombang suara frekuensi tinggi. Mikroskop tunneling membentuk gambar dari kemampuan elektron untuk "terowongan" melalui permukaan padatan pada jarak yang sangat kecil.

Mikroskop optik dengan lensa tunggal dikenal sebagai mikroskop sederhana. Mikroskop sederhana termasuk kaca pembesar dan pembesar perhiasan. Mikroskop optik dengan dua lensa dikenal sebagai mikroskop majemuk. Bagian dasar mikroskop majemuk adalah objektif, yang menahan lensa di dekat spesimen, dan lensa okuler, yang menahan lensa di dekat pengamat. Mikroskop majemuk modern juga mencakup sumber cahaya (cermin untuk menangkap cahaya eksternal atau bola lampu untuk menyediakan cahaya internal), mekanisme pemfokusan, dan panggung (permukaan di mana objek yang diperiksa dapat ditahan di tempatnya) . Mikroskop majemuk juga dapat menyertakan kamera built-in untuk mikrofotografi.

Orang-orang kuno mencatat bahwa benda-benda yang terlihat melalui air tampak lebih besar. Filsuf Romawi abad pertama Seneca mencatat fakta bahwa huruf-huruf yang dilihat melalui bola kaca penuh air diperbesar. Mikroskop sederhana paling awal terdiri dari setetes air yang ditangkap dalam lubang kecil di sepotong kayu atau logam. Selama Renaisans, lensa kaca kecil menggantikan air. Pada akhir abad ketujuh belas, ilmuwan Belanda Antonie van Leeuwenhoek membangun mikroskop sederhana yang luar biasa menggunakan lensa yang sangat kecil dan berkualitas tinggi yang dipasang di antara pelat kuningan tipis. Karena keunggulan mikroskopnya, dan fakta bahwa ia adalah orang pertama yang melakukan pengamatan organisme mikroskopis, Leeuwenhoek sering salah dianggap sebagai penemu mikroskop.

Mikroskop majemuk muncul pertama kali antara tahun 1590 dan 1608. Penghargaan untuk penemuan ini sering diberikan kepada Hans Janssen, putranya Zacharias Janssen, atau Hans Lippershey, yang semuanya adalah pembuat tontonan Belanda. Mikroskop majemuk awal terdiri dari sepasang lensa yang disimpan dalam tabung logam kecil dan sangat mirip dengan kaleidoskop modern. Karena masalah chromatic aberration (kecenderungan lensa untuk memfokuskan setiap warna cahaya pada titik yang sedikit berbeda, menyebabkan gambar kabur) mikroskop ini lebih rendah daripada mikroskop sederhana yang dibuat dengan baik pada waktu itu.

Catatan tertulis paling awal dari pengamatan mikroskopis dibuat oleh ilmuwan Italia Francesco Stelluti pada tahun 1625, ketika ia menerbitkan gambar lebah yang dilihat melalui mikroskop. Gambar bakteri pertama kali dibuat oleh Leeuwenhoek pada tahun 1683. Selama abad ketujuh belas dan kedelapan belas, banyak perbaikan mekanis dibuat dalam mikroskop di Italia, termasuk perangkat pemfokusan dan perangkat untuk menahan spesimen di tempatnya. Di Inggris pada tahun 1733, ahli optik amatir Chester Moor Hall menemukan bahwa menggabungkan dua lensa berbentuk benar yang terbuat dari dua jenis kaca yang berbeda meminimalkan aberasi kromatik. Pada tahun 1774, Benjamin Martin menggunakan teknik ini dalam mikroskop. Banyak kemajuan dibuat dalam pembangunan mikroskop di abad kesembilan belas dan abad kedua puluh. Mikroskop elektron dikembangkan pada 1930-an, mikroskop akustik pada 1970-an, dan mikroskop tunneling pada 1980-an.

Bahan Baku

Mikroskop optik terdiri dari sistem optik (lensa okuler, objektif, dan lensa di dalamnya) dan komponen perangkat keras yang menahan sistem optik pada tempatnya dan memungkinkannya untuk disesuaikan dan difokuskan. Mikroskop murah mungkin memiliki cermin sebagai sumber cahaya, tetapi kebanyakan mikroskop profesional memiliki bola lampu built-in.

Lensa terbuat dari kaca optik, jenis kaca khusus yang jauh lebih murni dan lebih seragam daripada kaca biasa. Bahan baku terpenting dalam kaca optik adalah silikon dioksida, yang harus lebih dari 99,9% murni. Sifat optik yang tepat dari kaca ditentukan oleh bahan lainnya. Ini mungkin termasuk boron oksida, natrium oksida, kalium oksida, barium oksida, seng oksida, dan timbal oksida. Lensa diberi lapisan antireflektif, biasanya dari magnesium fluorida.

Lensa mata, tujuan, dan sebagian besar komponen perangkat keras terbuat dari baja atau paduan baja dan seng. Mikroskop anak mungkin memiliki cangkang luar yang terbuat dari plastik, tetapi kebanyakan mikroskop memiliki cangkang yang terbuat dari baja.

Jika ada cermin yang disertakan, biasanya terbuat dari kaca yang kuat seperti Pyrex (nama dagang untuk kaca yang terbuat dari silikon dioksida, boron dioksida, dan aluminium oksida). Cermin memiliki lapisan reflektif yang terbuat dari aluminium dan lapisan pelindung yang terbuat dari silikon dioksida.

Jika bola lampu disertakan, itu terbuat dari kaca dan berisi filamen tungsten dan kabel yang terbuat dari nikel dan besi dalam campuran gas argon dan nitrogen. Dasar bola lampu terbuat dari aluminium.

Jika kamera disertakan, ini berisi lensa yang terbuat dari kaca optik. Badan kamera terbuat dari baja atau logam lain atau dari plastik.

Manufaktur
Proses

Membuat komponen perangkat keras

• 1 Komponen perangkat keras logam dibuat dari baja atau baja dan paduan seng menggunakan peralatan pengerjaan logam presisi seperti mesin bubut dan mesin bor.
• 2 Jika cangkang luar mikroskop murah adalah plastik, biasanya plastik yang ringan dan kaku seperti plastik akrilonitril-butadiena-stirena (ABS). Komponen plastik ABS dibuat dengan cetakan injeksi. Dalam proses ini plastik dilebur dan dipaksakan di bawah tekanan ke dalam cetakan dalam bentuk produk akhir. Plastik kemudian dibiarkan dingin kembali menjadi padat. Cetakan dibuka dan produk dikeluarkan.

Membuat kaca optik

• 3 Bahan baku yang tepat untuk jenis kaca optik yang diinginkan dicampur dalam proporsi yang tepat, bersama dengan kaca limbah dari jenis yang sama. Kaca limbah ini, yang dikenal sebagai cullet, bertindak sebagai fluks. Fluks adalah zat yang menyebabkan bahan mentah bereaksi pada suhu yang lebih rendah daripada tanpanya.
• 4 Campuran dipanaskan dalam tungku kaca sampai meleleh menjadi cairan. Suhu bervariasi dengan jenis kaca yang dibuat, tetapi biasanya sekitar 2500 ° F (1400 ° C).
• 5 Suhu dinaikkan menjadi sekitar 2800 °F (1550 °C) untuk memaksa gelembung udara naik ke permukaan. Kemudian didinginkan perlahan dan diaduk terus-menerus sampai mencapai suhu sekitar 1800 ° F (1000 ° C). Gelas sekarang menjadi cairan yang sangat kental, yang dituangkan ke dalam cetakan berbentuk seperti lensa yang akan dibuat.
• 6 Saat kaca mendingin hingga sekitar 600 °F (300 °C), kaca dipanaskan kembali hingga sekitar 1000 °F (500 °C). Proses ini, yang dikenal sebagai anil, menghilangkan tekanan internal yang terbentuk selama periode pendinginan awal dan yang melemahkan kaca. Kaca kemudian dibiarkan mendingin secara perlahan hingga mencapai suhu kamar. Potongan-potongan kaca dikeluarkan dari cetakan. Mereka sekarang dikenal sebagai blank.

Membuat lensa

• 7 Kosong sekarang ditempatkan di ragum dan ditahan di bawah pemotong silinder yang berputar cepat dengan pisau berlian. Pemotong ini, yang dikenal sebagai generator kurva, memotong permukaan blanko sampai diperoleh perkiraan kurva yang diinginkan. Lensa yang dipotong diperiksa dan dipotong lagi jika perlu. Kesulitan proses ini sangat bervariasi tergantung pada jenis kaca yang dipotong dan kelengkungan yang dibutuhkan. Beberapa stek mungkin diperlukan, dan waktu yang diperlukan mungkin beberapa menit atau lebih dari setengah jam.
• 8 Beberapa potongan kosong ditempatkan pada permukaan balok melengkung sedemikian rupa sehingga permukaan lengkungnya berbaris seolah-olah semuanya adalah bagian dari satu permukaan bola. Ini memungkinkan banyak lensa di-ground pada saat yang bersamaan. Permukaan gerinda besi cor yang dikenal sebagai alat ditempatkan di atas lensa. Balok lensa berputar sementara alat bergerak secara acak di atasnya. Aliran cairan yang stabil bergerak antara alat dan lensa. Cairan ini, yang dikenal sebagai bubur, mengandung air, bahan abrasif (biasanya silikon karbida) untuk penggilingan, cairan pendingin untuk mencegah panas berlebih, dan surfaktan untuk mencegah bahan abrasif mengendap dari bubur. Lensa diperiksa setelah digiling dan digiling ulang jika perlu. Proses penggilingan bisa memakan waktu satu sampai delapan jam.
• 9 Lensa dipindahkan ke mesin pemoles. Ini mirip dengan mesin gerinda, tetapi alat ini terbuat dari pitch (resin tebal dan lembut yang berasal dari tar). Alat pitch dibuat dengan menempatkan pita di sekitar piring melengkung, menuangkan pitch cair yang panas, dan membiarkannya dingin kembali menjadi padat. Alat pitch dapat digunakan sekitar 50 kali sebelum harus dibentuk kembali. Ini bekerja dengan cara yang sama seperti alat gerinda, tetapi bukannya abrasif, bubur mengandung zat pemoles (biasanya serium dioksida). Lensa diperiksa setelah pemolesan dan prosedur diulangi seperlunya. Pemolesan dapat memakan waktu dari setengah jam hingga lima jam. Lensa dibersihkan dan siap untuk dilapisi.
• 10 Lensa dilapisi dengan magnesium fluorida. Mereka kemudian diperiksa lagi, diberi label dengan tanggal pembuatan dan nomor seri, dan disimpan sampai dibutuhkan.

Membuat cermin

• 11 Jika cermin disertakan, itu dibuat dengan cara yang mirip dengan cara pembuatan lensa. Tidak seperti lensa, lensa ini dipotong, digiling, dan dipoles agar rata, bukan melengkung. Lapisan reflektif kemudian diterapkan. Aluminium dipanaskan dalam ruang hampa untuk menghasilkan uap. Muatan elektrostatik negatif diterapkan pada permukaan cermin sehingga menarik ion aluminium bermuatan positif. Ini memungkinkan pelapisan logam yang tipis dan merata. Lapisan pelindung silikon dioksida kemudian diterapkan. Seperti lensa, cermin diperiksa, diberi label, dan disimpan.

Merakit mikroskop

• 12 Semua perakitan akhir mikroskop dilakukan dengan tangan. Para pekerja memakai sarung tangan, masker, dan gaun pelindung agar kotoran tidak merusak lensa atau mekanisme internal mikroskop. Pertama Lensa ditempatkan di tabung baja, yang membentuk badan lensa okuler dan objektif. Tabung-tabung ini diproduksi dalam ukuran standar, yang memungkinkan mereka untuk dirakit menjadi mikroskop ukuran standar.
• 13 Mekanisme pemfokusan sebagian besar mikroskop adalah sistem rak dan pinion. Ini terdiri dari sepotong logam datar dengan gigi di satu sisi (rak) dan roda logam dengan gigi (pinion), yang mengontrol pergerakan rak. Rack and pinion mengarahkan objektif sehingga pergerakannya menuju atau menjauhi objek yang diamati dapat dikontrol. Dalam banyak mikroskop, rak dan pinion dipasang ke panggung (pelat logam datar tempat objek yang diamati berada) dan lensa objektif tetap diam. Setelah sistem rack and pinion terpasang, kenop yang mengontrolnya terpasang.
• 14 Cangkang tubuh eksternal mikroskop dipasang di sekitar mekanisme pemfokusan internal. Lensa okuler (atau dua lensa okuler, untuk mikroskop binokular) dan objektif (atau piringan berputar yang berisi beberapa objektif berbeda) disekrup ke tempatnya. Lensa okuler dan objektif dibuat dalam ukuran standar yang memungkinkan banyak lensa okuler dan objektif yang berbeda untuk digunakan dalam mikroskop standar apa pun.
• 15 Jika mikroskop berisi cermin, ini melekat pada tubuh mikroskop di bawah lubang di panggung. Jika berisi bola lampu sebagai gantinya, ini dapat dipasang di tempat yang sama (untuk menyinari objek yang diamati) atau dapat ditempatkan di sisi panggung (untuk menyinari cahaya di atas objek). Beberapa mikroskop profesional mengandung kedua jenis bola lampu untuk memungkinkan kedua jenis pengamatan. Jika mikroskop berisi kamera, itu melekat pada bagian atas tubuh.
• 16 Mikroskop diuji. Jika berfungsi dengan benar, lensa okuler dan objektif biasanya dibuka sebelum dikemas. Bagian-bagian mikroskop dikemas dengan aman dalam kompartemen tertutup yang dilapisi dengan kain atau busa. Kompartemen ini sering merupakan bagian dari kotak kayu atau baja. Mikroskop kemudian ditempatkan dalam wadah karton yang kuat dan dikirim ke konsumen.

Kontrol Kualitas

Bagian paling penting dari kontrol kualitas untuk mikroskop adalah keakuratan lensa. Selama pemotongan dan pemolesan, ukuran lensa diukur dengan jangka sorong. Perangkat ini menahan lensa di antara dua rahang. Satu tetap diam sementara yang lain dengan lembut dipindahkan ke tempatnya sampai menyentuh lensa. Dimensi lensa dibaca dari skala, yang bergerak bersama dengan rahang yang dapat digerakkan.

Kelengkungan lensa diukur dengan spherometer. Perangkat ini terlihat seperti jam saku dengan tiga pin kecil yang menonjol dari alasnya. Dua pin luar tetap di tempatnya, sedangkan pin dalam dibiarkan bergerak masuk atau keluar. Pergerakan pin ini terhubung ke skala di muka spherometer. Skala menunjukkan derajat kelengkungan lensa. Lensa tipikal harus bervariasi tidak lebih dari sekitar seperseribu inci (25 mikrometer).

Selama pemolesan, tes ini tidak cukup akurat untuk memastikan bahwa lensa akan memfokuskan cahaya dengan benar. Tes optik harus digunakan. Salah satu tes khas, yang dikenal sebagai tes autokolimasi, melibatkan penyinaran sumber cahaya tepat melalui lensa di ruangan gelap. Sebuah kisi difraksi (permukaan yang berisi ribuan alur paralel mikroskopis per inci) ditempatkan pada titik di mana lensa harus memfokuskan cahaya. Kisi menyebabkan pola garis terang dan gelap terbentuk di sekitar titik fokus sebenarnya. Ini dibandingkan dengan titik fokus teoretis dan lensa dipoles ulang jika perlu.

Bagian mekanik mikroskop juga diuji untuk memastikan bahwa mereka berfungsi dengan benar. Lensa mata dan lensa objektif harus disekrupkan dengan kuat pada tempatnya dan harus berada di tengah yang sempurna untuk membentuk gambar yang tajam. Mekanisme pemfokusan rak dan pinion diuji untuk memastikannya bergerak dengan mulus dan jarak antara objektif dan panggung dikontrol dengan tepat. Disk berputar yang berisi banyak objektif diuji untuk memastikan bahwa disk berputar dengan lancar dan setiap objektif tetap di tempatnya selama digunakan.

Masa Depan

Pengamat amatir mungkin segera dapat membeli mikroskop dengan kamera video built-in kecil, yang memungkinkan pergerakan organisme mikroskopis untuk direkam. Komputer dapat dibangun ke dalam mekanisme kontrol internal mikroskop untuk memberikan pemfokusan otomatis.