غمر الزيت

في المجهر الضوئي ، يُعد غمر العينة في الزيت تقنية تُستخدم لزيادة قدرة المجهر على التمييز . ويتحقق ذلك عن طريق غمر كل من العدسة الشيئية والعينة في زيت شفاف ذي معامل انكسار عالٍ ، مما يزيد من الفتحة العددية للعدسة الشيئية.

بدون زيت، تنعكس موجات الضوء عن العينة على الشريحة عبر الغطاء الزجاجي، ثم تخترق الهواء، وتدخل عدسة المجهر (انظر الشكل الملون على اليمين). ما لم تخرج الموجة بزاوية 90 درجة، فإنها تنحني عند اصطدامها بمادة جديدة، وتعتمد درجة الانحناء على الزاوية. هذا يُشوه الصورة. يختلف معامل انكسار الهواء عن الزجاج، مما يُسبب انحناءً أكبر مقارنةً بالزيت، الذي يُشابه معامل انكساره معامل انكسار الزجاج. يمكن لزيت مُصنّع خصيصًا أن يكون له معامل انكسار مطابق تقريبًا لمعامل انكسار الزجاج، مما يجعل العدسة المغمورة بالزيت فعالة تقريبًا مثل وجود زجاج مُحيط بالعينة بالكامل (وهو أمر غير عملي).

زيوت الغمر هي زيوت شفافة ذات خصائص بصرية ولزوجة محددة ضرورية للاستخدام في المجهر. يبلغ معامل انكسار الزيوت المستخدمة عادةً حوالي 1.515. ^{[ 1 ]} العدسة الشيئية للغمر الزيتي هي عدسة موضوعية مصممة خصيصًا لهذا الغرض. كما توفر العديد من المكثفات دقة مثالية عند غمر عدسة المكثف في الزيت.

تعيد العدسات تجميع الضوء المتشتت من جسم ما. ولتحقيق ذلك بنجاح، يُفضل جمع جميع رتب الحيود. ويرتبط هذا بزاوية فتح العدسة ومعامل انكسارها. تُعرَّف دقة المجهر بأنها أقل مسافة فاصلة لازمة بين جسمين قيد الفحص حتى يتمكن المجهر من تمييزهما كجسمين منفصلين. تُرمز هذه المسافة الدنيا بالرمز δ. إذا كانت المسافة بين الجسمين أقل من δ، فسيظهران كجسم واحد في المجهر.

يُعطى مقياس القدرة التحليلية، RP، للعدسة من خلال فتحتها العددية ، NA:

${\displaystyle \delta ={\frac {\lambda }{\mathrm {2NA} }}}$

حيث λ هو الطول الموجي للضوء. ومن هذا يتضح أن الدقة الجيدة (δ صغيرة) مرتبطة بفتحة عددية عالية.

تُعرَّف الفتحة العددية للعدسة على النحو التالي:

${\displaystyle \mathrm {NA} =n\sin \alpha _{0}\;}$

حيث α ₀ هو نصف الزاوية التي تغطيها العدسة الموضوعية التي تُرى من العينة، و n هو معامل انكسار الوسط بين العدسة والعينة (≈1 للهواء).

يمكن أن تصل الفتحة العددية في العدسات الشيئية المتطورة إلى 0.95. ولأن sin α _≤ 1، فإن الفتحة العددية لا يمكن أن تتجاوز الواحد في العدسة الشيئية الموجودة في الهواء. أما إذا مُلئ الفراغ بين العدسة الشيئية والعينة بالزيت، فقد تتجاوز الفتحة العددية الواحد، وذلك لأن معامل انكسار الزيت أكبر من الواحد.

يتضح مما سبق أن الزيت الموجود بين العينة والعدسة الشيئية يحسن القدرة على التمييز بمقدار 1/ n . وتُعرف العدسات الشيئية المصممة خصيصًا لهذا الغرض باسم عدسات الغمر الزيتي.

تُستخدم العدسات الغمرية بالزيت فقط عند التكبيرات العالية جدًا التي تتطلب دقة عالية. تتميز العدسات ذات التكبير العالي بأطوال بؤرية قصيرة ، مما يُسهّل استخدام الزيت. يُوضع الزيت على العينة (في المجهر التقليدي)، ثم تُرفع المنصة، فتغمر العدسة في الزيت. (في المجاهر المقلوبة، يُوضع الزيت على العدسة).

معامل انكسار الزيت والزجاج في العنصر الأول للعدسة متقارب جدًا، مما يعني أن انكسار الضوء سيكون ضئيلاً عند دخوله العدسة (فالزيت والزجاج متشابهان بصريًا للغاية). يجب استخدام زيت الغمر المناسب للعدسة الموضوعية لضمان تطابق معاملات الانكسار بدقة. استخدام عدسة غمر زيتية مع زيت غمر غير مناسب، أو بدون زيت غمر على الإطلاق، سيؤدي إلى ظهور الزيغ الكروي . وتعتمد شدة هذا التأثير على مقدار اختلاف معامل الانكسار.

لا يُمكن استخدام تقنية الغمر بالزيت عمومًا إلا مع العينات المثبتة بإحكام؛ وإلا، فإن التوتر السطحي للزيت قد يُحرك غطاء الشريحة، وبالتالي يُحرك العينة الموجودة أسفله. وقد يحدث هذا أيضًا في المجاهر المقلوبة لأن غطاء الشريحة يكون أسفل الشريحة الزجاجية.

قبل تطوير زيوت الغمر الاصطناعية في أربعينيات القرن العشرين، كان زيت شجرة الأرز شائع الاستخدام. يبلغ معامل انكسار زيت الأرز حوالي 1.516، بينما تبلغ الفتحة العددية للعدسات المصنوعة منه حوالي 1.3. يُعاني زيت الأرز من عدة عيوب: فهو يمتص الضوء الأزرق والأشعة فوق البنفسجية، ويصفر لونه مع مرور الوقت، كما أن حموضته العالية قد تُلحق الضرر بالعدسات مع الاستخدام المتكرر (بسبب تفاعله مع المادة اللاصقة المستخدمة في ربط العدسات)، وقد تتغير لزوجته عند تخفيفه بالمذيبات (مما يُغير معامل انكساره وتشتته ) . يجب إزالة زيت الأرز من العدسة فورًا بعد الاستخدام قبل أن يتصلب، لأن إزالة الزيت المتصلب قد تُتلف العدسة. ^{[ 2 ]}

في المجهر الحديث، تُستخدم زيوت الغمر الاصطناعية على نطاق أوسع، لأنها تُزيل معظم هذه المشاكل. ^{[ 2 ]} يمكن الوصول إلى قيم الفتحة العددية (NA) التي تبلغ 1.6 باستخدام زيوت مختلفة. على عكس الزيوت الطبيعية، لا تتصلب الزيوت الاصطناعية على العدسة، ويمكن تركها على العدسة الشيئية لعدة أشهر، مع أنه يُفضل إزالة الزيت يوميًا للحفاظ على المجهر في أفضل حالاته. بمرور الوقت، قد يتسرب الزيت إلى العدسة الأمامية للعدسة الشيئية أو إلى داخل أسطوانتها، مما قد يُلحق الضرر بها.

توجد أنواع مختلفة من زيوت الغمر ذات خصائص متباينة تبعًا لنوع المجهر المستخدم. يُعدّ كل من النوعين A وB زيوت غمر عامة الاستخدام ذات لزوجة مختلفة. فالنوع A الأقل لزوجة يحبس عددًا أقل من فقاعات الهواء، بينما يُعدّ النوع B الأكثر لزوجة مناسبًا للتصوير المتسلسل لشرائح متعددة بتطبيق واحد. ^{[ 3 ]} يُستخدم زيت الغمر من النوع F على أفضل وجه للتصوير الفلوري في درجة حرارة الغرفة (23  درجة مئوية)، بينما صُمم زيت النوع N للاستخدام في درجة حرارة الجسم (37  درجة مئوية) لتطبيقات تصوير الخلايا الحية . جميعها لها معامل _{توزيع (D)} يبلغ 1.515، وهو مشابه جدًا لزيت الأرز الأصلي. ^{[ 4 ]}

• الطباعة الحجرية بالغمر
• مواد مطابقة الفهرس
• عدسة غمر صلبة
• هدف الغمر في الماء

• المجهر العملي من تأليف إل سي مارتن وبي كي جونسون، غلاسكو (1966).
• المجهر الضوئي بواسطة JK Solberg، Tapir Trykk (2000).

• "عدسات المجهر: وسائط الغمر" مؤرشفة في 2016-03-04 في Wayback Machine بواسطة مورتيمر أبراموفيتز ومايكل دبليو ديفيدسون، مركز موارد المجهر أوليمبوس (موقع الويب)، 2002.
• "المجهر الزيتي الغاطس" بقلم ديفيد ب. فانكهاوزر، قسم علم الأحياء بجامعة سينسيناتي ، كلية كليرمونت (موقع إلكتروني)، 30 ديسمبر 2004.
• "تاريخ العدسات المغمورة بالزيت" بقلم جيم سوليداي، متحف الجنوب الغربي للهندسة والاتصالات والحوسبة (موقع إلكتروني)، 2007.
• "زيت الغمر والمجهر" بقلم جون ج. كارغيل، حولية جمعية نيويورك للمجهر ، 1964 (مراجعة، 1985). (مؤرشف في مختبرات كارغيل (موقع إلكتروني).)