Бухоро- 2022 Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги бухоро давлат университети

10.4. Ёруғлик (оптик) микроскопия усули ва унинг ёрдамида моддаларни тадқиқ қилиш.

Инсоният тарихида ўз яшаш макони, атроф-муҳит ва табиий унсурлар билан доим қизиқиб, улар тўғрисида аниқ тушунча ларга эга бўлишга , идрок этишга интилган. Бунда одамзод ўз кўзи билан бевосита кўриш жараёни асосий ўрин тутган, албтта .

Маълумки, оддий кўз билан муайян нарсани аниқ кўриш учун оралиқ масофа ўртача 250 мм, кўриладиган модда зарраси катталиги эса 0,1-0,2 мм дан ортиқ бўлиши зарур. Демак, инсон ўзининг кўриш қобилияти чегараланган. Ана шундай пайтларда турли катталаштирувчи воситалар: лупа, кузойнак дурбин, микроскоп, телескоп кабилар жуда қўл келади.
Ҳозирги пайтда, фан-техника мақсадлари учун хилма-хил ёруғлик (оптик) микроскоплардан кенг фойдаланилди. “Микроскоп” (заррабин) атамаси “микро”- жуда кичик ва “скопео”-“қарайман” лардан тузилган. Демак , у “оддий кўз билан кўриб бўлмайдиган муайян жисм ёки унинг” кичик бир бўлагини кўп марта катталаштирадиган оптик асбоб. Бошқача, ифодаланса микроскопик «окуляр», «конденцор», «объектив» ва ҳакозо номлардаги линза-(шиша)лардан иборат муайян оптик буюмлар тизими. Унда турли хил нурлари (кўринадиган ультрабинафша, инфрақизил кабилар) дан фойдаланиб кичик зарра ёки тузилма кўп марта катталаштириб ўрганилади.
Микроскоплар ва улар ёрдамида муайян моддаларни тадқиқ қилиш усули бирдан пайдо бўлмаган, албатта. Умумбашарият тараққиётига назар ташланса, кишилик жамияти ҳар доим ўз эҳтиёжини асосан табиий унсурлар ҳисобига қондиришга интилган. Фан-техника ривожланиши билан кейинчалик, ҳатто табиатда умуман бўлмаган нарсаларни ҳам яратиш синтез қилишга эришилган. Масалан, кимё соҳасида мазкур масалада катта ютуқлар қўлга киритилган ҳам. Сўзсиз, бу каби ишларда турли илмий асбоб ва усуллардан кенг фойдаланилади. Микроскопия ана шундай усуллар жумласига киради.
Тиббиёт, яъни инсон саломатлиги билан боғлиқ соҳани мисол учун олиб кўрайлик. Тирик организм тўқималарининг турли қисмлари ёки ҳар хил микроб, бактерия ва бошқа хил микроорганизмларни айнан микроскопия усули билан ўрганиш натижасида кўплаб илмий-амалий масалалар ҳал этилади. Худди шунингдек, геологиянинг минерология йўналишида ҳар хил минералларнинг таркиб тузилмаларини микроскоп воситасида чуқур ўрганилади. Натижада, текшириладиган минерал тўла тавсифланиб ундан қайси мақсадларда фойдаланиш аниқланилади. Бу каби ишлар ҳозирги даврда жуда кенг кўламда олиб борилади.
Микроскоп асбобларининг яратилишига қадар ўтган даврларда ҳам кўплаб олимлар кенг суръатга ҳар хил илмий изланишлар олиб боришган. Шарқнинг буюк мутаффакири Абу Али ибн Сино тадқиқотларини мисол учун кўрсатиб ўтса ҳам бўлади. X-асрда ҳам ибн Сино одам кўзинги тузилишини, унинг кўриш жараёнини чуқур ўрганган инсон, кўзи билан муайян модда заррасини, катталигини аниқлаши ва изоҳлай олиши асосларини илк бор ибн Сино аниқлаган. Хусусан олим илк бор ишлатган «кўз нерви» , «гавҳари» (шишасимон жисм), «кўз тўқима»(тузилмаси) каби. Бир қатор лимий атама ва тушунчалари ҳозирги офтальмологиясида ҳам муҳим аҳамиятга эгадир.
Бир қатор манбааларда келтирилган маълумотларга қараганда, инсон кўзини чуқур ўрганиб, умуман муайян нарсани нур билан ёритиб, унинг тасвирини катталаштириш билан ҳам қизиққан олим. Кейинчалик микроскоп, телескоп каби турли катталаштирадиган асбобларни яратган деган фикрлар ҳам мавжуд. Жумладан, умрининг охирида ибн Сино ўз шогирдлари билан Эроннинг шимолий кисмида жойлашган Ҳамадон шаҳрида катта илмий марказ-обсурватория ташкил қилгани ҳам маълум.
Микроскопларнинг турлича хилларининг бунёд этилиши, сўнгра микроскопия усулининг умуман муҳим физик кимёнинг тадқиқи йўналиши сифатида шаклланиши тарихида жуда кўп олим ва мутахассисларнинг дунёдаги хизматлари катта. Кўплаб манбааларда қайд қилинишича энг аввало микроскопиянинг илмий асоси ишлаб чиқилган, яъни ҳар хил шиша (ботиқ, қовариқ ва бошқа кўринишидаги линза) лардан фойдаланган ҳолда, майда заррача ёки тузилма бўлагини катталаштиришга эришилган. Айниқса, ХVI-асрда Нидерландия, шимолий Италия ва бошқа юртларда илк бор катталаштириб кўрсатадиган кўзойнак нусхаларидан фойдаланилиб бошланганлиги маълум. Ниҳоят, 1590 йилда З.Янсен (Нидерландия) томонидан микроскопнинг муайян бир нусхаси тайёрланиши ҳақида маълумот ҳам бор.
Таъкидлаш жоизки, ёруғлик микроскопларининг мукаммал турлари кейинчалик яратилиб, улардан амалда кенг фойдаланила бошланган, жумладан италиялик буюк олим Г.Галилей XVII-асрнинг бошларидаёқ ўз ишларида микроскопни кўп ишлатгани аниқ. Шундан кейинги даврларда олиб борилган турли хил илмий- тадқиқот ишларида микроскоплардан олимлар кенг миқёсда фойдаланишган ҳам. Бу ҳақда кўплаб мисоллар келтириш мумкин: Р.Гук (1665 йил) тирик организм тўқималари асосида ҳар хил ҳужайралар ётишлигини микроскоп ёрдамида кўрган. А.Левенгук эса, 1673-1677 йилларда айнан микроскоп орқали микрооргнизмлар мавжудлигини исботлаган. Бундай далилларни, микроскопия усули билан бажарилган илмий кашфиётларни кўплаб кўрсатиш мумкин.
Хуллас XVIII-аср айниқса XIX ва ХХ асрларда мазкур соҳада олиб борилган илмий изланишлар, тадқиқотлар ва кашфиётлар кўлами ниҳоятда ортган деса тўғри бўлади. Масалан, 1770 йилда Л.Эйлер микроскоп оптикаси билан боғлиқ бир қатор муҳим ҳисоблаш усулларини ишлаб чиққан бўлса, Ж.Амичи 1827 йилда илк бор микроскопда иммерцияли объектив фойдаланиш заруриятини таклиф этган. 1850 йилда Г.Сорби қутбланган нур орқали кичик заррачаларни катталаштирадиган микроскоп нусхасини яратиб амалда ундан фойдаланганлиги маълум. Юқорида кўрсатиб ўтилганлардан ташқари Э.Аббе (1872 йил), Ж.Сиркс (1893 йил), Р.Зигмонди ва Г.Зидентольф (1903 йил), Ф.Цермике (1935 йил) каби жуда кўп олиму мутахассислар микроскопия усулини ривож топиши ва мукаммалашувида катта ҳисса қўшишган.
Амалда асосан Монокуляр ва Бинокуляр ёруғлик микроскоплари ишлатилади. Монокуляр микроскоп битта окулярли бўлиб тасвирни бир кўз билан кузатишга мўлжалланган бўлса, бинокулярда иккита окуляр ва икки кўз билан кўришга мослашган. Сўзсиз, иккинчи тур ёруғлик микроскоплари ишлаш учун анча қулай ва бошқа бир қатор устунликларга эга. Шунинг учун ҳам улардан амалиётда омилкорлик билан кўпроқ фойдаланилади.
Энди энг оддий монокуляр микроскоп тузилмаси тўғрисида қуйидагиларни билиб қўйиш керак бўлади. Ундаги асосий қисмларга кўриш трубаси (тубус), таянч устуни (штатив), модда намунаси жойлашадиган столча ёруғликни тўғрилайдиган кўзгу, ҳар хил оптик линзалар ва микроскопнинг таги (асоси) киради. Оккулар тубус ичига жойлаштирилади. Мазкур восита орқали кичик зарра ёки модда (жисм) тузилиши тасвирини кўриш механизми тўғрисида қуйидагиларни таъкидласак, сўзсиз ўринли бўлади.
Микроскоп кўриш трубасидаги мавжуд оптик линзалар тизими билан микрообъектив барпо қилинади. Тадқиқ қилинадиган модда кондецон-ёритгич билан ёритилади. Микроскоп объективи воситасида кузатиладиган тасвирнинг ҳақиқий, катталаштирилган, шунингдек тўнтарилган кўринишларини ҳосил қилиб, уларни окуляр орқали кузатилади. Объектив линзанинг вазифасига, шунингдек кузатилаётган тасвирни катталаштирилган ҳолда, неготив шаклини содир этиш киради.
Ёруғлик микроскопиясидан шу нарса ҳам маълумки, миқдорий жиҳатдан, тасвирнинг умумий катталашишини баҳолаш учун объективнинг чизиқли катталаштириш кўрсаткичини оккулярнинг катталаштириш бурчаги қийматига кўпайтириш керак (Г=β^*Г _ок). Одатда, микроскоп объективи модда тасвири (ёки муайян тузилма бўлаги)ни 6,3 дан 100 мартага, окулярли эса 7-15 маротаба катталаштириш хусусиятига эга. Солиштириш мақсадида, оддийгина мисол, кўзойнак воситасида митти нарса (ёки ўқийтган варақдаги ҳарфлар) бир неча мартагина катталаштиришини тасаввур этинг.
Юқорида тузилиши қисқача баён қилинган монокуляр микроскоплардан бинокулярнинг фарқи анча катта бўлишини кўрсатиб ўтиш жоиз. Унинг устунлиги, нафақат иккала кўз билан тасвирни бевосита кўриш имконияти мавжудлигида, балки унда анча мураккаб оптик тизимда турли линзалар жойлашгани сабаб модда тасвирини юқорироқ даражада катталаштириб кўриш, расмга олиш ва бошқа қулайликлардан ташқари яна бутун бир модда ўзгариши – жараённи кузатиш ҳам мумкинлигида. Лекин ҳам монокуляр, ҳам бинокуляр микроскоплар каалик ажратиш оддийгина ифодаласак, «куриш қобилияти», худди одам кўзи каби чегараланган. Шунингдек, ёруғлик микроскопларида моддани ёритиш учун қўлланиладиган нурнинг дифракцияланиши туфайли, уларда тасвирнинг катталаштирилиши 3500 мартадан ошмайди ҳам. Мазкуро кўрсаткични ошириш учун кўринадиган ёруғлик нури ўрнига муайян қисқа тўлқинли нурлардан фойдаланиш керак бўлади.
Микроскоп ёрдамида кўриладиган муайян тасвир аниқлиги ва ундан ҳосил қилинадиган илмий ахборот кўлами, худди инсон кўзига хос бўлганидек, муҳим кўрсаткич-«катталикни ажратиш» (ёки оддийгина – «кўриш қобилияти») билан жуда ҳам боғлиқ.. Микроскопнинг ажрата олиш кўрсаткичи, ўз навбатида объектив апертураси, ёруғлик нурининг тўлқин узунлиги ва бошқа омилларга боғлиқ.
Ёруғлик нурининг модда элементар заррачалари билан таъсирлашувида, дифракция ҳодисаси кузатилиши сабаб, нуқтанинг микроскопда ҳалқа кўринишда тасвири ҳосил бўлади. Ҳалқа диаметри (d) d=1,22 λ/А тенглама билан ифодаланади. Бу ерда: λ- нур тўлқин узунлиги, А-объектив апертураси. Ўз навбатида А=n sin 0 га тенг. Бунда: n-муҳитнинг ёруғлик нурини синдириш кўрсаткичи, 0-эса микроскопга тушган бирламчи нур билан объектив линзага тушаётган нур орасидаги бурчак. Объектив аператураси (А) 500-1000 бўлганда микроскопнинг «катталаштириш самараси» ижобий (фойдали) даражада бўлиши аниқланган.
Ёруғлик микроскопларида қўлланиладиган объектив линза сифатида одатда бир-бирига қават-қават қилиб жипс ёпиштирилган шарсимон (сферик) шиша жисмдан фойдаланилади. Бундан ташқари, объектив линза ўрнида оптик шаффоф суюқлик тўлғазилган «иммерсияли объектив» деб аталадиган восита ҳам кенг қулланилади. Уларга тушган ёруғлик нурининг сочилиши, яъни дифракцияланиши нисбатан паст даражада бўлади.
Олдин таъкидлаганимиздек, олим ва мутахассислар томонидан кўплаб ўтказилган тадқиқотлар натижасига кўра, моддаларни микроскопда ёритиш учун кўринадиган ёруғлик нуридан бошқа, муайян тўлқин узунлигига эга бўлган нурлардан фойдаланилса, тасвир аниқлиги ҳам уларнинг катталаштирилган-лик даражасиҳам анчагина юқори бўлади. Бунга дарҳақиқат, УБ, ИК ва бошқа нурларни ишлатишга асосланган микроскоплар мисолида ишонч ҳосил қилиш мумкин. Масалан, битта ижобий кўрсаткич: агар кўринадиган ёруғлик нурига асосланган микроскопнинг «ажратиш» кўрсаткичи 0,2 мкм бўлса, УБ нурли микроскопда у 0,1 мкм га тенг, ундан ҳам ҳатто паст бўлиши мумкин.
Бир қатор шаффоф модда, жисм ва буюм тузилмаларини тадқиқ қилиш учун нурдар интерференциясига асосланган оптик системалардан фойдаланиш мақсадга мувофиқ ҳисобланади. Ана шундайларга фазаконтрастли ва интерференцияли микроскопларни кўрсатиш мумкин. Фан-техниканинг турли мақсадлари учун, юқоридагилардан ташқари, яна қутбли, люминисцент, ИК, ренгент, лазер ва хакозо нурлар билан ишлайдиган амалда кенг қўлланилади. Шу билан бирга металлографик, стереоскопик, проекциялайдиган ва ва бошқа микроскоп турлари мавжудлигини ҳам кўрсатиб ўтиш ўринли.
Бир қатор кимё лабораторияларида оддий ёруғлик нури билан, люминисцент ва фазаконтрасли микроскоплар кўпроқ ишлатилса, тиббиёт (медицина) мақсадлари учун флюорогрфик ва ренгенографик микроскоплар нисбатан кўпроқ қўл келишини кўрсатиб ўтиш жоиз. Албатта, бунинг негизида маълум даражада асосли омиллар ётади. Уларнинг айримларини кўрсатиб ўтамиз. Масалан, люминисцент микроскопияда текширилаётган объектив УБ ёки ёруғлик нури спектридаги кўк нур (λ=0,27-0,40 мкм) дан фойдаланилади. Айнан шундай нурлар билан модда таъсирлашиб, энергетик қўзғалиб, флюорестценцияланиш ҳодисасини содир этади. Бунда текшириладиган модда хусусида ҳақиқатдан ҳам зарур илмий маълумотларга эга бўлинади.
Фаза-контрастли микроскопларда объектив линза воситасида нур фазаси ўзгартирилиб модда заррачаси ёки унинг тузилиш фрагментининг ёритилиши, тасвирнинг турли фазада намоён бўлиши таъминланади. Кўплаб минерал жинс, поликристаллик материалларини айнан шундай усул билан тадқиқ қилиш анча ижобий натижаларга олиб келиши мумкин, бу амалда исботланган ҳам.
Хуллас, ҳозирги даврда анча мукаммал оптик тизимга эга бўлган қуйидаги оптик микроскоплар тадқиқот ишларида кенг миқёсда фойдаланилмокда, жумладан:
■ шаффоф (оптик тиниқ) модда (ёки жисм) лар таркиби тузилмасини ўрганадиган фаза контрасли ҳамда интерфрецион микроскоплар;
■ қутбланган нурга асосланган микроскоплар;
■ люминисцияланадиган моддаларни тадқиқ қилиш учун мўлжалланган УБ нурли микроскоплар;
■ ИК, ренгент ва лазен нурлари билан ишлайдиган махсус тадқиқот ишларига мўлжалланган микроскоплар туркуми;
■ телевидение мақсадлари учун қулланиладиган махсус микроскоплар.
Таъкидлаш жоизки юқоридагилардан бошқа яна бир қатор махсус микроскоплар ҳам мавжуд. Улар орқали ўта нозик ва мураккаб таҳлил ва тадқиқотлар амалга оширилади. Масалан, тиббиётда инсон ички органларини текшириш, турли операцияларни бажариш ва ҳакозо ишларни бажарилишини кўрсатиш мумкин.
Кўпчилик яхши биладики, Ўзбекистон дунёда пахта етиштирадиган йирик мамлакат, жумладан пахта хомашёсини тайёрлаш салмоғи бўича бешинчи ўрин, пахта толасини сотиш бозорида эса иккинчи ўринда туради. Пахтачилик умуман халқимиз ва барча мутахассисларимиз учун яхши таниш соҳа эканлигини назарда тутиб, пахта толасига табиий полимер (целлюлоза) материаллари физик-кимёвий хоссаларини аниқлашида, айниқса микроскопия усули муҳим ўрин тутганлигини алоҳида қайд қилиш мақсадга мувофиқ.
Пахта толасини ёруғлик микроскопи билан илк бор ХХ асрнинг 20-йилларида Болсс томонидан ўрганилган. У махсус усулларни қўллаб, пахта толаларидан кўндаланг кесма (худди юпқа пиёз кесмаларига ўхшаган) лар тайёрлаб, уларни айрим контрстловчи бирикмалар билан қайта ишлаб, микроскоп воситасида ўрганган. Маълум бўлишича, пахта толаси кўндаланг кесимида кўплаб ҳалқалар мавжуд бўлиб, улар пахта вегетацияси даврида, тола шакллана бошлаган босқичда, ҳар бир кеча-кундузда биртадан ҳосил бўлар экан. Дарахтлар кўндаланг кесимларида кузатиладиган йилнинг «ўсиш ҳалқалари» каби, пахта толаси кесимида кўринадиган ҳалқасимон тузилмаларни Болсс «толанинг ўсиш ҳалқалари» деб атаган. Пахта толасида микроскоп ёрдамида кўринадиган ҳалқаларни олим шарафига, «Болсс ҳалқалари» деб ҳам аташади.
Чунки айнан Болсс биринчи марта пахта толаси морфологик тузилишини чуқур тадқиқ қилган олим ҳисобланади.
Шуни ҳам таъкидлаш жоизки ХХ-аср бошларида бошқа физик-кимёвий ва физик усуллар ҳам ривож топиб (масалан, ренгент дифракцияси усули шу жумладан), улар воситасида ҳам даставвал таббий целлюлоза толалари (пахта, кенаф, зиғирпоя, ёғоч ва ш.ў) чуқур тадқиқ қилинган. Масалан, ренгент структура усули билан Мейер табиий целлюлоза толалари, шу жумладан пахтани текшириб кўриб, уларнинг поликристаллик тузилишга эга эканлигини илк бор, Болсс тадқиқотлари ўтказилган айнан бир даврда кўрсатиб берган. Албатта, пахта ва бошқа табиий целлюлоза маҳсулотлари, шунингдек, бошқа юқори молекулали бирикма (мисол учун, каучук ҳам)ни ҳар хил усуллар билан тадқиқ ишлари Болсс ва Мейер маълум. Чунки бундай толалар табиатнинг буюк инъоми (мўжизавий толалар) сифатида инсонлар ҳаёт-фаолиятида алоҳида аҳамият касб этганлиги кўпчиликка аён ҳам.
ХХ асрнинг 60-70 йилларида, айниқса Ўзбекистон олимлари томонидан пахта ва бошқа табиий целлюлоза толалари, нафақат уларнинг етилган нусхалари, ҳатто ўсиш жараёнида –суткалик шаклланишида ҳам намуналар олиниб, ёруғлик ва электрон микроскопия ИК-слектроскопия ва ренгент дифракцияси каби ҳар хил замонавий усуллар билан комлекс тадқиқотлар ўтказилган. Олинган илмий натижалар асосида, сўзсиз целлюлозанинг табиий шарт-шароитида биосинтези, унинг фибриллогенези ва бошқа жараёнларига оид қонуниятлар мукаммал ишлаб чиқилган ҳам. Бу каби илмий тадқиқотларнинг аҳамияти. Улардан амалда фойдаланиш ва бошқа кўплаб илмий амалий муаммолар бир қатор адабиётлар, шу жумладан, илмий монография ва рисолаларида ўз аксини топган ҳам. Целллоза ва унинг ҳосилаларини қайта ишлаб янги турдаги тола, ип, плеёнка (пардали) ва бошқа мақсулот, материалларни ишлаб чиқариш технологияларини яратиш учун юқорида кўрсатиб ўтилган тадқиқотларнинг аҳамияти жуда катта.