Ottica mineralogica

A. Maras - Introduzione all’Ottica Mineralogica

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1.IL MICROSCOPIO OTTICO

1.1 Cenni storici

Con il nome di microscopio semplice si indicava in passato la lente di ingrandimento.Attualmente con questo termine si indica una lente, di 25 o più diottrie, munita di un sostegnoche permetta di tenerla comodamente in modo da osservare un "tavolino", cioè un supportosul quale appoggiare il preparato; il tavolino è forato affinché il preparato possa essereilluminato dal retro e osservato in trasparenza.

Con il termine di microscopio composto si indica invece uno strumento abbastanza complessola cui storia risale agli inizi del XVII secolo, quando furono costruiti i primi cannocchiali. Ilmerito dell'invenzione è conteso; in Italia il primo microscopio composto fu costruito daGalileo (1624), che lo chiamò "occhialino" e lo donò a Federico Cesi. Un collaboratore diquesti, il tedesco Johann Faber, coniò il nome "microscopio" per assonanza con quello di"telescopio" dato da Cesi allo strumento per visione a distanza, pure donatogli da Galileo.

Probabilmente i primi microscopi composti erano semplici telescopi nei quali la possibilità diosservare oggetti vicinissimi veniva ottenuta allontanando convenientemente l'ocularedall'obiettivo. Non ebbero influenza apprezzabile sulle applicazioni della microscopia fino allametà del secolo XIX, a causa delle loro modeste prestazioni ottiche, nettamente inferiori aquelle del microscopio semplice. Anche Antony van Leeuwenhoek, l'olandese che èconsiderato il padre della microscopia, costruiva e utilizzava strumenti del tipo semplice.

Soltanto con la realizzazione di obiettivi acromatici e con lo sviluppo del calcolo ottico iniziòl'evoluzione, dapprima lenta e poi sempre più rapida, del microscopio composto che haconquistato la posizione di assoluto primato rispetto a quello semplice verso la metà del secoloXIX, con l'introduzione della lente semisferica frontale disegnata da Giovan Battista Amici


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a Firenze e perfezionata poi dal tedesco Ernst Abbe a Jena.

Il microscopio era dunque uno strumento scientifico conosciuto ed ampiamente usato in moltebranche delle scienze ancor prima del secolo XIX. Tra i primi risultati ottenuti con questostrumento in campo mineralogico meritano di essere ricordati quelli dell'inglese Robert Hooke,che nella sua Micrographia (1665) descrisse granuli ottenuti per polverizzazione e ne rimarcòla regolarità geometrica delle forme, inoltre quelli di Domenico Guglielmini (1705) che perprimo osservò come crescevano i cristallini di vari sali entro una soluzione nel corso della suaevaporazione. I geologi invece lo avevano trascurato a causa di una serie di problemi, in parteanche connessi con la difficoltà di preparare materiale adatto alle osservazioni microscopiche.

Nel 1829 apparve un articolo dello scozzese William Nicol (1768-1851) intitolato "Il prismadi Nicol". Un solido di sfaldatura, ottenuto da calcite limpida (la varietà spato d'Islanda), eratagliato lungo la diagonale maggiore e i due pezzi uniti mediante uno strato sottile di balsamodel Canada (v.Figura 1 ), in modo tale da lasciar passare luce polarizzata piana le cuivibrazioni avvengono nel piano comprendente la direzione del raggio incidente e quelladell'asse ternario.

Figura 1 - Il prisma di Nicol si preparava da un romboedro di sfaldatura dicalcite trasparente, varietà spato d'Islanda, largo circa 1 cm e lungo 2-3 cm.Il romboedro veniva tagliato lungo la diagonale maggiore e incollato conbalsamo del Canadà (n=1,537). Le due facce terminali venivano poi molatee lucidate fino a formare un angolo di 68° con gli spigoli lunghi. Il raggioordinario Ro (n=1,658), entrando con angolo superiore all'angolo limite, vienetotalmente riflesso dal balsamo e assorbito dal tubo nero che contiene ilprisma, passa quindi soltanto il raggio straordinario Re che è polarizzato nelpiano che contiene l'asse .3

Due anni dopo Nicol pubblicò un secondo articolo nel qualeindicava il modo di preparare sezioni sottili di minerali e legnofossile per lo studio al microscopio. Con questi due articoliWilliam Nicol ha posto le basi dell'ottica mineralogica. Il padredella petrografia è l'inglese Henry C. Sorby che nel 1849 costruìil primo microscopio completo di polarizzatore e analizzatore.


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1.2 Introduzione al microscopio composto

Con la locuzione microscopio ottico alcuni autori, soprattutto in passato, intendevano il tipopiù semplice di microscopio composto costituito da uno o più obiettivi montati su di unrevolver e da un oculare. In questo testo tale microscopio viene definito ordinario o dabiologia, mentre con la suddetta dicitura si intende l'intera categoria di microscopi cheutilizzano luce visibile (lunghezza d'onda compresa fra circa 400 e 700 nm) per esaminare unoggetto.

Il microscopio ottico è uno strumento che serve:

1) per ottenere un immagine ingrandita di un oggetto;2) per misurare lunghezze, angoli, aree, ecc.: 3) come strumento analitico per determinare le proprietà ottiche di un oggetto come ad es.indice di rifrazione, ecc.

I microscopi ottici, in funzione delle tecniche di illuminazione, vengono ulteriormente distintiin microscopi a contrasto di fase, a fluorescenza, polarizzatori, ecc. I microscopi compostispeciali che utilizzano elettroni, raggi X, onde sonore o altre radiazioniper formare le immagini ingrandite, vengono definiti, in funzione della radiazione impiegata,elettronici, a raggi X, acustici, ionici, ecc.

In tutte queste applicazioni c'è un'interazione tra la luce, l'oggetto sotto osservazione e ilcomplesso occhio-cervello dell'osservatore. Le principali interazioni della luce con la materiasono: riflessione, rifrazione, assorbimento, polarizzazione, fluorescenza e diffrazione. È moltoimportante conoscerle per poter controllare il contrasto e la visibilità al microscopio e ottenerela migliore risoluzione.

1.3 Risoluzione e ingrandimento

La risoluzione si può definire come la distanza minima tra due punti riconoscibili come entitàseparate. Per l'occhio umano, affinché ci sia tale risoluzione, le immagini separate dei duepunti debbono cadere su due coni adiacenti. Quando si verifica ciò, i due punti sottendononell'occhio un angolo (indicato con B in Figura 2) che, alla distanza convenzionale dellavisione distinta (250 mm), è pari ad un arco di circa 1 minuto. Ciò corrisponde alla capacitàdi vedere distinti due punti separati 0,07 mm tra loro (i punti O-O di fig. 2 ). Gli stessi punti,posti ad una distanza maggiore (O'-O' di fig. 2), sottendono un arco inferiore e pertanto nonsaranno risolti, ossia appariranno come un'entità unica e non come due entità separate.


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Figura 2 - B rappresenta l'angolo visivo sottesonell'occhio dai punti O-O che si trovano alla distanzadella visione distinta (vedi testo).

Se due punti distano meno di 0,07 mm l'occhio non sarà dunque in grado di vederli a menoche non si faccia uso di una lente di ingrandimento o di un microscopio. Entrambi questistrumenti aumentano l'angolo visivo apparente permettendo così alla retina di distinguere puntiancor più vicini. In pratica una lente, (microscopio semplice) è capace di produrre un modestoingrandimento (circa 25x) e la sua azione è illustrata in Figura 3.

Figura 3 -Lo schema mostra il principio d'azione delmicroscopio semplice o lente d'ingrandimento. Duepunti O'-O' situati alla distanza della visione distintaproducono una piccola immagine sulla retina I'-I' chenon è risolta. Collocando i punti alla distanza focale fdella lente convessa L, si aumenta l'angolo visivo,producendo un'immagine virtuale ingrandita.L'immagine I-I è ora più grande e pertanto i puntiappaiono separati.

1.4 Il microscopio ordinario

Il microscopio ordinario o da biologia, a differenza dei primi microscopi a lente singola, hadue sistemi di lenti: un obiettivo e un oculare. L'oggetto da osservare è posto leggermente aldi sotto del fuoco principale (f1) della lente dell'obiettivo che forma una immagine reale ecome tale capovolta, detta immagine principale, tra l'oculare e il suo fuoco (f2). L'oculare,invece, forma una immagine virtuale ed è proprio questa immagine che noi vediamo ( Figura4}.


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Figura 4 - Sezione schematica di unmicros copio composto.

Il potere di ingrandimento totale del microscopio è dato approssimativamente da

P Icm L

f fo e. .=

××

25

L: lunghezza del tubo fo: distanza focale dell'obiettivo fe: distanza focale dell'oculare 25 cm: distanza della visione distinta per una persona priva di difetti visivi.

Poiché L/fo rappresenta l'ingrandimento trasversale dell'obiettivo (Iob) e 25/fe l'ingrandimentoconvenzionale dell'oculare (Ioc), il potere di ingrandimento è dato dal prodottodell'ingrandimento dell'obiettivo e dell'oculare


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Itotale = Iob ×Ioc

Il valore che si ottiene è puramente convenzionale perché non per tutti gli osservatori 25 cmrappresentano la distanza della visione distinta: così uno stesso microscopio può dareingrandimenti diversi per differenti osservatori.

Il potere risolvente (r) di un microscopio è definito dalla relazione

r= 0,618/n sin a

ove 8 = lunghezza d'onda della radiazione impiegata, a = angolo di apertura del cono di radiazione che partecipa alla formazione dell'immagine, n = indice di rifrazione del mezzo interposto tra la lente frontale e l'oggetto, se il mezzo è l'arian =1. Ma il dato migliore per indicare l'efficienza di un microscopio è il cosiddetto potere risolutivo(R) che è definito come il valore inverso della distanza minima (in cm) di due punti dei qualisi abbiano immagini distinte. Esso è dato dal seguente rapporto

R = n sin a/0,61 8

Si potrebbe pensare che la risoluzione (e così gli ingrandimenti) possa essere aumentataall'infinito; in pratica ciò non è possibile perchè la lunghezza d'onda della luce (circa 550 nmper il verde che è la radiazione per la quale l'occhio umano è più sensibile) e i fenomeni didiffrazione, derivanti dalla sua natura ondulatoria, limitano la risoluzione massima a 0,25 :m(= 0,00025 mm), ciò significa che l'ingrandimento massimo non può superare il migliaio divolte operando con luce visibile.

Per aumentare ulteriormente la risoluzione bisogna ricorrere a radiazioni di lunghezza d'ondaminore di quella della luce, per es. ad un fascio di elettroni di 60 kV con lunghezza d'ondanominale di circa 0,005 nm: esso consente di ottenere una risoluzione massima di 0,3-0,5 nmin un microscopio elettronico a trasmissione standard (TEM).

Tali considerazioni sulla risoluzione si applicano soltanto ad oggetti che sono adeguatamenteilluminati e che posseggono appropriato contrasto. In pratica il potere risolvente non riesce maiad eguagliare la risoluzione teorica di un sistema a causa delle aberrazioni delle lenti o delleimperfette condizioni di lavoro del microscopio. È per questa ragione che la conoscenza deiprincipi sui quali lavora il microscopio è fondamentale per ottenere un potere risolvente il piùpossibile vicino alla risoluzione teorica del sistema.


1 Il polaroid (film plastico prodotto dalla Polaroid Corporation of Cambridge,Massachusetts) consiste di molecole organiche, generalmente alcol polivinilico, construttura a catena, che vengono allineate per stiramento e trattate con iodio.

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2. Il MICROSCOPIO DA MINERALOGIA

Figura 5 -Sezione schematica di un microscopio da mineralogia

Il microscopio da mineralogia o microscopio polarizzatore (Figura ) è diverso dalmicroscopio ordinario (o da biologia) perché possiede un sistema polarizzante. Questo sistemaè costituito attualmente da due lamine di polaroid (1). Quella inferiore, detta polarizzatore,trasforma la luce normale in luce polarizzata in un piano (Figura 6 ), ciò significa che le


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vibrazioni del vettore elettrico E sono parallele tra loro in tutti i punti dell'onda. In ognuno ditali punti il vettore oscillante E e la direzione di propagazione formano un piano chiamatopiano di vibrazione. Il vettore magnetico vibra perpendicolarmente al vettore elettrico e alladirezione di propagazione nel piano definito piano di polarizzazione. (Figura ). L'altralamina polaroid, orientata a 90° rispetto alla prima, è detta analizzatore (il termine "nicol", nonessendo più utilizzato il prisma di Nicol, andrebbe abbandonato).

Figura 6 -Una lamina di Polaroid produce luce polarizzata in un piano. Lesottili linee parallele indicano le molecole a catena lunga incorporatedurante la lavorazione in una lamina di plastica, che viene poi sottopostaa trazione affinchè le molecole si allineino parallelamente. Ovviamente nonsono visibili ad occhio nudo, ma determinano la direzione di polarizzazionecaratteristica della lamina.

Figura 7 -Un treno d'onda E è equivalente a due treni d'onda Ey e Ex, ma soltanto Eyviene trasmesso dal polaroid. In questo caso la luce polarizzata si ottiene perassorbimento differenziale, mentre nel caso del nicol per doppia rifrazione.

Figura 8 -La luce polarizzata non viene trasmessa da unalamina polarizzatrice ruotata di 90° rispetto alla prima.


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Figura 9 - Le parti di unmicroscopio da mineralogia1. Oculare 8x (o 10x) Pol2. Manopola per inserire la lentedi Bertrand-Amici3. Analizzatore4. Alloggiamento per ilcompensatore5. Piatto girevole6. Manopola per alzare il gruppocondensatore7. Viti di centratura delcondensatore8. Leva per inserimento lenteconvergente9. Condensatore Z 0,9 Pol10. Leva per il diaframma diapertura del condensatore11. Polarizzatore girevole12. Diaframma del campoluminoso13. Led verde indicatore dicorrente14. Potenziometro per variarel'intensità luminosa15. Interruttore di accensione (sulretro)

16. Controllo coassiale micro- e macrometrico del fuoco17. Stativo18. Illuminatore integrale con lampada alogena 6 V 200 W19. Obiettivo Pol con anelli di centratura (protetti)

Il polarizzatore è collocato sotto il tavolino del microscopio, che è girevole e graduato;l'analizzatore si trova tra l'obiettivo e l'oculare, sopra una fenditura a 45° rispetto alla direzionedi vibrazione del polarizzatore ove è possibile inserire una lamina ausiliaria, il cosiddettocompensatore, e prima di un'altra lente ausiliaria, detta lente di Bertrand o di Amici o, piùcorrettamente, di Bertrand-Amici. Sia l'analizzatore sia la lente di Bertrand-Amici sonoinseribili a volontà. Il polarizzatore dei microscopi moderni trasmette la luce polarizzata nelpiano E-W, per accordi internazionali stipulati nel 1972. La direzione di trasmissione è N-Snei microscopi vecchi e soprattutto in quelli antichi, che non avevano un sistema diilluminazione artificiale come quelli attuali, ma utilizzavano uno specchio per raccogliere iraggi luminosi davanti una finestra possibilmente esposta a Nord perchè tale luce è più ricca


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di radiazioni a lunghezza d'onda più corta rispetto alla luce solare (Figura .10).

Figura 10 - Confronto tra luce solare, luce raccolta davanti ad unafinestra esposta a nord e luce di una lampada ad incandescenza.

2.1 Le parti del microscopio e loro funzioni

Parte meccanica

La parte meccanica comprende lo stativo che può assumere forme diverse; generalmente èarcuato per agevolare la posizione dell'operatore durante l'osservazione ed è molto pesante perdare la massima stabilitàal microscopio. Esso sostiene il tubo, che può essere smontatoallentando la vite di bloccaggio, e il tavolino girevole, o piatto, sul quale si posa la sezionesottile. Sullo stativo si trovano due viti che servono a variare la distanza tra l'obiettivo e iltavolino. ovvero servono per mettere a fuoco il preparato. Nei modelli antichi la messa a fuocosi realizza muovendo il tubo, in quelli più recenti il tubo è fisso mentre il tavolino è mobile.

La vite macrometrica permette spostamenti grandi e la vite micrometrica gli spostamentipiccolissimi; si può anche avere una sola vite con doppia funzione (Figura .~\ref{fig:microm})

Figura 11 -Gli spostamenti micro- e macrometrici nel microscopio Leitz Laborlux sono controllati da duemanopole sincrone con doppia funzione, poste ai lati dello stativo. Quando si girano in un verso effettuanospostamenti micro per circa un terzo di rotazione, poi entrano in funzione quelli macro; invertendo il verso dellarotazione agiscono nuovamente come vite micrometrica. L'intervallo della scala incisa sulla manopolacorrisponde ad uno spostamento meccanico del tavolino di 2,3 :m.


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Lo stativo è solidale a una base in cui può essere incorporata una microlampada a bassatensione o una lampada alogena. Sotto il tavolino girevole è situato un gruppo "condensatore"costituito dal polarizzatore, da un diaframma ad iride (Figura 12) generalmente da uno o dueporta filtro, da un paio di lenti condensatrici (Figura ~\ref{fig:condens2 } ) e talvolta anchedalla lampadina dell'illuminatore se non è incorporata nella base. Tutto il gruppo può esserealzato e abbassato in blocco mediante una vite a cremagliera (effettuare questo movimento conattenzione per non far uscire la vite dalla cremagliera! Ricordarsi inoltre che in alcunimicroscopi come ad es. Leitz Laborlux, il gruppo viene regolato in fabbrica e non è mobile).La lente condensatrice inferiore, collocata immediatamente sopra il polarizzatore, dovrebbeavere un'apertura numerica (vedi oltre) possibilmente uguale a quella dell'obiettivo medio delmicroscopio, cioè circa 0,25. La lente condensatrice superiore è una potente lente convergenteche, nella maggior parte dei microscopi, può essere inserita a piacere. Quando è inserital'apertura numerica totale dovrebbe essere all'incirca uguale a quella dell'obiettivo di massimoingrandimento con il quale viene utilizzata. In alcuni microscopi questa lente è fissa e in talcaso, per aumentare l'apertura numerica, bisogna accostare tutto il gruppo condensatore molto

vicino al tavolino portaoggetti.

Figura 12 - Diagramma schematico del gruppo costituito da polarizzatore,diaframma ad iride e condensatore.

Figura 13 -Schema del gruppo condensatore della ZeissL - Lente condensatrice fissaL1 - Lente condensatrice ausiliariaL2 e H2 - Viti per il centraggio del sistema condensatoreM - Diaframma ad irideO1 - PolarizzatoreO2 - Portafiltri


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Il tavolino girevole è diviso in 360° e la lettura dei decimi si effettua con l'ausilio di un nonio(Figura .~\ref{fig:piatto } ).

Misure angolari precise sono assai importanti nell'ottica mineralogica, come si vedrà inseguito.

Parte ottica

La parte ottica del microscopio comprende due sistemi di lenti: uno rivolto verso l'oggetto daosservare detto obiettivo e l'altro verso l'occhio di chi osserva, detto oculare. Gli obiettivi, innumero variabile, portano impresse su un anello metallico, generalmente girevole, lecaratteristiche espresse mediante sigle e numeri. Quelli per microscopi da mineralogia devonomontare lenti prive di tensione interna (strain free) e generalmente sono predisposti in mododa consentire l'osservazione di preparati che si presumono coperti da vetrini coprioggetto di

spessore costante, generalmente 0,17 mm. Ciascun obiettivo ècaratterizzato da tre variabili: ingrandimenti, apertura numerica(A.N.) e distanza di lavoro (Figura 14 ).

Figura 14 -La dicitura Pol indica che l'obiettivo è privo di tensioni interne e quindiadatto all'uso di luce polarizzata; 40 rappresenta il suo ingrandimento, 0,65 la suaapertura numerica, la lunghezza del tubo per il quale è stato calcolato è 160 mm elo spessore del vetrino coprioggetto 0,17 mm.

Nei microscopi per esercitazione di un laboratorio di otticamineralogica sono generalmente montati tre obiettivi acromatici, cioècorretti per l'aberrazione cromatica assiale di due colori (Figura 15 )

e (Figura 16 ), capaci di produrre ingrandimenti bassi (2,5x - 4x), medi (10x - 25x) o alti (40x- 45x).


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Figura 15 -Schema che indica l'aberrazione cromatica assiale diuna lente pianoconvessa. Il fuoco del blu è più vicino alla lente diquelli del verde e del rosso.

Figura 16 -La correzione della aberrazione cromaticaassiale per tre tipi di obiettivi. La curva parabolica degliobiettivi acromatici indica che hanno uno spettro residuonel verde mentre il rosso e il blu hanno un fuoco comune.In un obiettivo apocromatico rosso, verde e blu hanno unfuoco comune e pertanto non vi sono colori residui.

L'obiettivo di basso ingrandimento consente unabuona visione d'insieme della sezione sottile;quelli di medio consente l'osservazione in dettaglio dei singoli minerali mentre quello di altoingrandimento serve per osservare le figure di interferenza in assetto conoscopico (vedi oltre).

L'apertura numerica è definita come A.N. = sin u

in cui u è pari alla metà dell'apertura angolare, cioè dell'angolo formato tra i raggi di luce piùdivergenti che, partendo dallo stesso punto del preparato, riescono ad entrare nell'obiettivo,proprio al bordo del campo quando l'oggetto è a fuoco. Essa influenza la risoluzione, laprofondità di campo e il contrasto, aumenta con gli ingrandimenti, ma è inversamenteproporzionale alla profondità di campo. La profondità di fuoco è la distanza tra il limitesuperiore e inferiore del campo perfettamente a fuoco; questa grandezza è inversamenteproporzionale all'apertura numerica, infatti gli obiettivi con elevata apertura numericageneralmente hanno piccole profondità di fuoco, ad es. nei microscopi per studenti l'obiettivoche dà il massimo ingrandimento con A.N.= 0,85 ha una profondità di fuoco di 0,01 mm. Altivalori di apertura numerica sono utilizzati solo con lenti ad alto ingrandimento. Se il mezzotra il preparato e l'obiettivo è l'aria la A.N. può essere al massimo 1. L'A.N. può essereaumentata se si utilizza un mezzo con indice di rifrazione più elevato dell'aria, ad es. un oliocon n =1,515 (Figura ~\ref{fig:AN})


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Figura 17 - Schema che illustra il cammino dei raggi che entrano in un obiettivo a secco e in immersione.L'apertura numerica (A.N.), quando si aggiunge l'olio di immersione, aumenta del valore n, ove n = indice dirifrazione dell'olio.

La distanza di lavoro (F.W.D. free working distance) è la distanza, espressa in mm, tra la parteterminale dell'obiettivo, che in molti casi è un anello metallico protettivo, e il vetrinocoprioggetto (Figura fig.~\ref{fig:FDW }). L'operatore deve tenerla ben presente durante lamessa a fuoco di un preparato, soprattutto quando usa l'obiettivo ad alto ingrandimento,perché, se urta e rompe la sezione sottile, la lente frontale di questo può venireirrimediabilmente danneggiata.

Figura 18 - Confronto della distanza di lavoro e aperturaangolare per gli obiettivi di minimo, medio e massimoingrandimento generalmente utilizzati nei microscopi damineralogia.

Gli oculari 5x o 10x sono generalmente sufficientiper tutte le osservazioni di routine. Le loro caratteristiche sono incise di lato o superiormente;il simbolo dell'occhiale che alcuni di essi riportano indica che è possibile la visione conocchiali, purché venga ripiegato verso l'esterno l'anello paraluce in gomma (Figurafig.~\ref{fig:anello}).

Figura 19 -Oculare con anello paraluce in gomma che deve essere ripiegato nel caso in cui si usino gli occhiali.


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La lente di Bertrand-Amici serve per mettere a fuoco l'immagine reale dell'obiettivo eosservare così le figure di interferenza, peraltro osservabili anche senza l'aiuto di questa lentesemplicemente sfilando l'obiettivo e guardando direttamente nel tubo del microscopio.

2.2 Gli accessori del microscopio da mineralogia

Molti sono gli accessori del microscopio, alcuni complessi ed altri molto semplici. Alcuni diessi sono effettivamente indispensabili per le determinazioni ottiche sui minerali, ma vengonougualmente chiamati accessori soltanto perché non sono fisicamente attaccati al microscopio:si tratta del compensatore, lamina ausiliaria di gesso (rosso del primo ordine), di mica o diquarzo (a cuneo) (Figura 20), e di due apposite chiavi (o viti) che servono per centrare gliobiettivi (o il tavolino girevole).

Figura 20 - Compensatori di mica (8/4), gesso (8) e cuneo di quarzo (dal1° al 4° ordine).}


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3. USO PRATICO DELMICROSCOPIO

Spostamenti macro e micrometrici

L'altezza dell'obiettivo sopra un oggetto collocato sul tavolino del microscopio deve essere divolta in volta variata per ottenere un'immagine ben focalizzata. L'operazione di messa a fuocosi rivela talora difficoltosa per il principiante, soprattutto se lo spostamento del tavolino (o deltubo) avviene mediante un'unica vite con spostamenti macrometrici in senso opposto rispettoagli spostamenti micrometrici. Per mettere a fuoco un preparato bisogna prima di tutto averein mente in quale direzione muovere le viti macro- e micrometrica per aumentare la distanzae per diminuire la distanza tra l'obiettivo e il tavolino del microscopio. Nei microscopi attualigli obiettivi sono realizzati in modo tale da conservare il fuoco quindi è sufficiente mettere afuoco con l'obiettivo di minimo ingrandimento, che ha la maggior distanza di lavoro, poi,ruotando il revolver, passare all'obiettivo di ingrandimento superiore ed aggiustare il fuoco,se necessario, mediante movimenti micrometrici. Se si ha a disposizione un modello dimicroscopio antiquato, in cui ogni obiettivo ha il proprio fuoco, è necessario procedere concautela, soprattutto con l'obiettivo di massimo ingrandimento.

Come mettere a fuoco con l'obiettivo di massimo ingrandimento

Poiché la distanza di lavoro è tanto più limitata negli obiettivi quanto più alto èl'ingrandimento (ad es. per l'obiettivo 40x/0,65 la distanza di lavoro è di 0,5 mm) conviene,anziché guardare il preparato attraverso l'oculare, osservare lo spazio esistente tra obiettivo epreparato e abbassare lentamente il tubo fino a superare leggermente la distanza di lavoro,ovvero finché si vede solo uno strato sottile di luce tra l'obiettivo e la sezione.

N.B. l'obiettivo non deve mai toccare la sezione.

A questo punto, avendo ben presente il verso in cui si aumenta la distanza tra preparato eobiettivo, bisogna alzare con movimenti micrometrici il tubo finché attraverso l'oculare nonsi raggiunge una visione nitida del contorno e dei particolari di ciascun granulo.


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In alcuni casi può tuttavia essere impossibile mettere a fuoco con l'obiettivo di massimoingrandimento: di solito ciò è dovuto al fatto che la sezione è stata posta, erroneamente,capovolta, cioè con il vetrino portaoggetti rivolto verso l'obiettivo ; più raramente la mancatamessa a fuoco dipende dallo spessore del vetrino coprioggetto che può non essere quellostandard di 0,16-0,18 mm; in tale caso si deve per forza utilizzare l'obiettivo di ingrandimentointermedio.

Il diaframma ad iride del condensatore

Non tutti i modelli di microscopio posseggono sopra il polarizzatore il diaframma ad iride delcondensatore. Esso serve a delimitare il cono di luce del campo visibile, pertanto influenzail contrasto, la profondità di campo e la risoluzione, Infatti chiudendo il diaframma diminuiscela risoluzione, ma aumentano sia la profondità di campo sia il contrasto. La risoluzioneottimale si ottiene quando l'apertura dell'obiettivo e quella del condensatore sono identiche.La diminuzione della risoluzione diviene sensibile quando il diaframma è chiuso oltre di unterzo rispetto all'apertura dell'obiettivo. L'apertura dell'obiettivo si può osservare inserendo lalente di Bertrand-Amici (senza l'analizzatore), essa appare come un area circolare leggermenteluminosa.

Nei microscopi da mineralogia il diaframma ad iride del condensatore serve per ottenere ilmiglior contrasto nelle osservazioni ortoscopiche, soprattutto nella determinazione degliindici di rifrazione, mentre nelle osservazioni conoscopiche deve essere semprecompletamente aperto.

L'apertura del diaframma non serve per regolare l'intensità luminosa; per questo scopo si deveintervenire solo sull'apposita manopola di regolazione posta o sul trasformatore o sulla basedel microscopio.

Il diaframma di campo

è un diaframma ad iride, posto sopra la sorgente luminosa, presente soltanto in quei microscopiche utilizzano l'illuminazione di Koehler (fig.21) come ad es. Zeiss Standard 25 Pol, LeitzLaborlux 12 Pol. Esso va aperto in modo da illuminare un'area del campione appena più ampiadel campo visibile.


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Figura 21 -Schema che illustra uns i s t e m a d i i l l u m i n a z i o n econvenzionale (a sinistra) confrontatocon un sistema di Koehler (a destra).

Controlli preliminari

Prima di iniziare qualsiasi determinazione ottica è necessario verificare l'assetto e leregolazioni del microscopio, soprattutto quando esso è utilizzato da più persone.

1) controllare che il crocifilo inserito nell'oculare sia orientato con un filo nella direzione N-S (e con l'altro ovviamente in direzione E-W) e sia a fuoco per la propria visione. Per


2) Nei microscopi antichi si deve centrare il tavolino anziché l'obiettivo, in tal casole viti (o chiavi) vanno inserite nelle apposite sedi situate sotto il tavolino stesso.

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convenzione si descrive il campo visivo del microscopio in termini geografici: la partesuperiore del campo è il nord N, la inferiore è il sud S, la destra è l'est E e la sinistra è l'ovestW; il crocifilo lo divide in quattro quadranti: NE, SE, NW e SW.

- Se il crocifilo è orientato a 45° rispetto al N, si sfila delicatamente l'oculare, lo si ruota e losi inserisce nella tacca di riferimento (scanalatura) appropriata.

- La messa a fuoco del crocifilo si effettua, dopo aver messo a fuoco la sezione, ruotando laparte superiore (a vite) dell'oculare (v. Fig. ). Si noterà che mettendo bene a fuoco il crocifiloil preparato sarà sfocato: si deve scegliere una situazione intermedia tra la visione nitida delcrocifilo e della sezione.

2) verificare che gli obiettivi siano centrati. Un obiettivo è centrato quando il suo assecoincide con l'asse del microscopio che a sua volta coincide con quello di rotazione deltavolino girevole. Ciò avviene quando un granulo posto al centro del crocifilo resta in taleposizione durante la rotazione di 360° del tavolino del microscopio. Se durante la rotazioneil granulo ruota intorno ad una circonferenza più o meno grande (Figura ) è necessariocentrare l'obiettivo mediante le due apposite chiavi (viti) in dotazione a ciascun microscopiooppure mediante le due ghiere di centramento poste sopra l'obiettivo stesso(2).

Figura 22 -Visione attraverso un obiettivo non centrato: durante la rotazione deltavolino, le particelle si muovono intorno ad un punto a che identifica l'asse delcampo.

- Si posiziona manualmente un granulo al centro del crocifilo, si ruota il tavolino di 360° esi stima il diametro della circonferenza che percorre (= distanza massima dal centro delcrocifilo). Posto il granulo alla massima distanza dal centro del crocifilo, agire su entrambe


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le chiavi (o le ghiere) e spostare il granulo di una distanza pari al raggio r, riportare a manoil granulo al centro del crocifilo muovendo la sezione sul tavolino e osservare se, ruotandonuovamente il tavolino, il granulo non si sposta (= obiettivo centrato). Se viceversa il granuloruota ancora rispetto al centro del crocifilo, si ripete l'operazione finché granulo e centro delcrocifilo non risultino sempre coincidenti comunque si ruoti il tavolino.

N.B. L'operazione di centramento può risultare difficoltosa quando il granulo esce fuoricampo visivo, ricordarsi comunque di non perdere la calma e di muovere sempre tutte e duele chiavi (o viti) con molta delicatezza per evitare di danneggiarne le teste quadrangolari.

3) verificare che polarizzatore e analizzatore siano a 90° tra loro, ovvero che una voltainserito l'analizzatore si abbia estinzione (campo perfettamente oscuro). Se così non fosse ènecessario ruotare il polarizzatore finché non si raggiunge l'estinzione poi, con l'obiettivo dimassimo ingrandimento, con l'illuminazione alla massima intensità e il diaframma tutto aperto,inserire la lente convergente e la lente di Bertrand-Amici (assetto conoscopico v. oltre): si deveosservare una croce nera (Figura ) molto aperta simmetrica rispetto al crocifilo; se così nonfosse, ruotare il polarizzatore intorno alla posizione di zero finché non si avrà una croceperfettamente simmetrica (se ciò non si verifica mai vedere al paragrafo "probleminell'osservazione").

4) verificare l'orientazione del polarizzatore.

-Si sceglie una sezione di biotite della zona [001] che presenta quindi sottili ed evidenti traccedi sfaldatura. Poiché la biotite assorbe fortemente la luce che vibra parallelamente alle traccedi sfaldatura, si osserva in quale orientazione appare più scura (N-S oppure E-W).

5) verificare l'orientazione del compensatore.

Prima di effettuare qualsiasi operazione con il compensatore, bisogna verificare che esso nonsia stato accidentalmente ruotato.

- Si osserva il compensatore tra i polarizzatori incrociati: esso deve risultare estinto quandol'incassatura, in cui è inserita la lamina di gesso o di mica, è parallela ad uno dei fili delcrocifilo. Quando poi viene inserito nell'apposita fenditura, deve presentare il colore di


3) Se si ha il dubbio che il compensatore sia stato ruotato esattamente di 90° ,verificare il segno ottico del quarzo sulla sezione orientata z A.O.

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interferenza appropriato: rosso violetto del I ordine per il gesso e grigio chiaro del I ordine perla mica(3).

6) verificare che il condensatore sia centrato. Questo controllo si effettua soltanto neimicroscopi che utilizzano l'illuminazione di Koehler.

- Si mette a fuoco il preparato con l'ingrandimento medio, si inserisce la lente convergente, sichiude il diaframma di campo ruotando delicatamente la ghiera posta sulla base delmicroscopio, si regola l'altezza del condensatore mediante la manopola posta sul fianco (fig.) finché il margine del diaframma di campo non appare nitido, si centra il condensatoremediante le due viti apposite, infine si apre il diaframma finché non esce dal campo.

CONDIZIONI OPERATIVE

Anche nelle migliori condizioni il lavoro al microscopio affatica gli occhi, per ridurre alminimo i disturbi che ne possono derivare l'operatore deve ricordarsi che è importante:1) osservare con occhio disaccomodato;2) tenere l'occhio ad una distanza ben determinata dall'oculare; 3) assumere una posizione eretta ma non troppo rigida.

I principianti tendono ad osservare nel microscopio come se l'immagine si trovasse ad unadistanza ravvicinata (occhio regolato su visione vicina = accomodato), invece bisognaosservare attraverso il microscopio con l'occhio disaccomodato cioè come se l'oggetto fossea distanza infinita. Non bisogna dimenticare che il fuoco del microscopio è regolabile permezzo dei movimenti micro che debbono supplire all'accomodazione dell'occhio. L'occhionon impegnato nell'osservazione non deve essere né chiuso né strizzato, anzi dovrebbe essertenuto aperto, ma se ciò provoca disagio perché l'immagine osservata con questo occhio tendea sovrapporsi a quella del microscopio, si può costruire uno schermo con un cartoncino neutroche intercetti l'immagine senza togliere luce. Bisogna evitare di utilizzare sempre lo stessoocchio durante le osservazioni. Per evitare che l'occhio utilizzato si affatichi eccessivamente,si consiglia di alternare gli occhi. Chi porta gli occhiali deve verificare se le proprie lenti sonosferiche o toriche. Tenendo gli occhiali davanti ad un'immagine, bisogna osservare se


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ruotandoli la forma dell'immagine non subisce deformazioni, in questo caso le lenti sonosferiche e solo in questo caso si può fare a meno degli occhiali durante l'osservazione almicroscopio.

Il 2° punto importante è trovare la corretta distanza dell'occhio dall'oculare. Non bisognaaccostare eccessivamente l'occhio, la sua apertura, cioè la pupilla, deve infatti coincidereesattamente con la "pupilla d'uscita" del microscopio (Figura ), ciò si verifica quando ilcampo visivo raggiunge la sua massima grandezza e i suoi contorni appaiono ben netti.

Figura 23 -La pupilla d'uscita è il punto in cui i raggi si incrociano all'uscitadell'oculare.}

PROBLEMI NELL'OSSERVAZIONE

-Se l'illuminazione del microscopio non funziona, verificare che:

1) il cavo di alimentazione sia integro e i relativi terminali siano correttamente inseriti;

2) l'interruttore della corrente sia acceso, soprattutto in quei modelli in cui il variatore dicorrente è separato e distante dall'interruttore stesso;

3) il deviatore luce trasmessa/luce riflessa sia posizionato correttamente.

-Se non si ha una perfetta estinzione inserendo l'analizzatore, verificare che:

1) i polarizzatori siano perfettamente incrociati;

2) il polarizzatore non sia stato danneggiato dalla sorgente luminosa troppo intensa;


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3) il diaframma non sia troppo aperto;

4) il compensatore non sia inserito.

-Se non si riesce a mettere a fuoco a medio e alto ingrandimento, verificare che:

1) la sezione sia stata collocata correttamente con il vetrino coprioggetto rivolto verso l'alto;

2) la sezione non sia troppo spessa.

-Se il campo appare illuminato soltanto da una parte, verificare che il condensatore siacentrato.

-Se la qualità dell'immagine è scadente, verificare che:

1) la lente frontale dell'obiettivo non sia stata contaminata con sostanze oleose o grasse;

2) la lente di Amici non sia inserita;

3) il diaframma sia aperto correttamente per il tipo di osservazione che si sta effettuando:parzialmente chiuso nelle osservazioni ortoscopiche, invece sempre completamente apertonelle osservazioni conoscopiche (v. oltre).


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OSSERVAZIONI IN LUCETRASMESSA

Con il microscopio polarizzatore, variando opportunamente le condizioni di lavoro, si possonoeffettuare una serie di osservazioni che permettono di studiare le proprietà ottiche dei mineralitrasparenti e infine di identificarli sulla base di queste.

1) Osservazioni in luce parallela al solo polarizzatore

-Si toglie la lente convergente del gruppo condensatore oppure, in assenza di questa, siabbassa di circa 2 cm il gruppo condensatore; obiettivo a piccolo o medio ingrandimento,diaframma semichiuso, tensione della lampadina medio-bassa.

In queste condizioni si osservano:-Colore e pleocroismo eventuale; -Sfaldature, fratture -Contorno e abito di minerali colorati -Rilievo -Indice/i di rifrazione

2) Osservazioni in luce parallela a polarizzatori incrociati

-Uguale assetto del punto 1 con l'inserimento dell'analizzatore.

In queste condizioni si osservano:-Forma dei frammenti e abito dei minerali incolori -Massima birifrangenza -Tipo di estinzione e angolo -Segno dell'allungamento -Colori di interferenza anomali -Geminazioni e zonature.


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3) Osservazioni in luce convergente a polarizzatori incrociati

- Si alza al massimo il gruppo condensatore e si inserisce la lente convergente accessoria, sec'è, si apre il diaframma, se presente, si regola la tensione della lampadina al massimoconsentito, obiettivo al massimo ingrandimento, si inseriscono sia l'analizzatore che la lentedi Amici.

Poiché la distanza fra la sezione sottile e l'obiettivo diminuisce con l'aumentaredell'ingrandimento, porre molta attenzione nell'effettuare correzioni alla messa a fuoco perevitare rotture della sezione e danni all'obiettivo.

In queste condizioni si osservano:-Figure di interferenza -Segno ottico -Stima del 2V -Dispersione degli assi ottici, se presente -Polarizzazione rotatoria, se presente.

Tale sequenza di operazioni non può essere applicata rigidamente in ogni occasione e suqualsiasi granulo; è importante quindi, prima di effettuare un approfondito esame ottico di unminerale, riconoscerne la natura (cristallo isotropo, uniassico o biassico)e scegliere quelle osservazioni coerenti con la classe ottica di appartenenza.Come si potrà notare negli esempi di osservazioni ottiche indispensabili per caratterizzareminerali appartenenti a ciascuna delle tre classi ottiche, non è necessario né convenienteprocedere nell'ordine indicato, anzi è opportuno iniziare da una osservazione in luceconvergente con polarizzatori incrociati e lente di Amici (detta anche osservazioneconoscopica) che consente di chiarire immediatamente la classe ottica di appartenenza.

Ottica mineralogica

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