IL MICROSCOPIO OTTICO

Uno degli strumenti più importanti per osservare ciò che normalmente non si vede ad occhio nudo è il microscopio ottico. In un laboratorio scolastico è generalmente facile trovarne qualcuno, proprio perchè è indispensabile per studiare e riconoscere le ultrastrutture delle cellule microscopiche ed anche della materia inorganica. Questa opportunità consente, già dalle prime esperienze di laboratorio, di ravvivare la voglia di conoscere ed approfondire questo affascinante aspetto del mondo dell’invisibile.

Il microscopio ottico sfrutta un sistema di lenti che ingrandiscono l’oggetto microscopico da osservare, da poche centinaia a migliaia di volte. Generalmente i microscopi possono essere mono o binoculari e hanno almeno tre o quattro obiettivi, con diverso potere di ingrandimento. Oculare, scatola portaprismi, obiettivi e condensatore formano il sistema ottico del microscopio. La parte meccanica è costituita da una base, uno stativo, un tavolino porta oggetti, un tubo ottico, una vite macrometrica e una vite micrometrica.

Microscopio ottico binoculare

SISTEMA OTTICO

Oculari

Gli oculari sono di forma cilindrica e le lenti sono montate all’interno di un cilindro di metallo portalenti. Sono posti nella parte superiore del microscopio dove si appoggiano gli occhi e possono essere intercambiabili. In commercio si trovano comunemente con ingrandimenti da: 5X, 10X e 20X, dove per “X” s’intende il numero di volte che può essere ingrandito l’oggetto da osservare.

Vari tipi di oculari

Alla base dell’alloggiamento degli oculari, come si può vedere nella figura sottostante, vi è un dispositivo per la regolazione della distanza interpupillare. Muovendo le slitte portaoculari di destra e di sinistra ➀, facendole scivolare lateralmente, è possibile osservare una singola immagine quando si posizionano gli occhi su entrambi gli oculari. Le due slitte ➀ sono dotate di una scala ➁ che permette di misurare la distanza interpupillare in modo da impostare lo stesso parametro nelle successive osservazioni microscopiche.

Dispositivo per la regolazione della distanza interpupillare

Regolazione Diottrica (con Microscopio Bioculare)

La regolazione diottrica consiste nella compensazione della visione tra gli occhi destro e sinistro dell’operatore. Per la regolarazione seguire le seguenti indicazioni:

  • Guardando nell’oculare destro con l’occhio destro, mettere a fuoco il campione usando le manopole di messa a fuoco;
  • Guardando nell’oculare sinistro con l’occhio sinistro, ruotare l’anello di regolazione diottrica ➀ per mettere a fuoco fino ad avere una visione per i due occhi perfettamente identica.

 

Regolazione diottrica degli oculari

Scatola portaprismi

Tra gli oculari e gli obiettivi, in molti modelli di microscopi ottici, vi è una scatola portaprismi che ha il compito di convogliare il fascio di luce, che attraversa il preparato posto sul vetrino portaoggetti, verso gli oculari posizionati a circa 45° rispetto al piano. Ciò permette di poter fare le osservazioni comodamente seduti, infatti nei microscopi più datati gli oculari sono disposti verticalmente agli obiettivi e sono privi della scatola portaprismi. Nei modelli più sofisticati, parte del fascio di luce è convogliato verso un terzo tubo che permette l’alloggiamento di una camera fotografica o telecamera.

Microscopio senza e con scatola portaprismi.

Obiettivi

Gli obiettivi, sono anch’essi dei cilindri metallici contenenti una serie di lenti e sono avvitati ad una torretta girevole, detta “rotore o revolver”, posta alla base della scatola prismatica. Normalmente sono presenti sul rotore, gli obiettivi con ingrandimenti da 4X, 10X, 40X e 100X oil o non oil.

Vari tipi di obiettivi

Sulla parete esterna dell’obiettivo, oltre ad essere indicati gli ingrandimenti con un valore numerico sono presenti, per riconoscerli, degli anelli colorati. Vi sono inoltre riportati anche il numero di apertura, la lunghezza del tubo oculare a cui può essere adattato e spessore massimo del vetrino coprioggetto.

Ingrandimento totale

Si definisce ingrandimento il rapporto tra le dimensioni dell’oggetto originale e quelle dell’immagine ottenuta. Il prodotto tra il fattore d’ingrandimento dell’oculare e il fattore d’ingrandimento dell’obiettivo utilizzato, ci fornisce il numero di volte che l’oggetto potrà essere ingrandito. Ad esempio se si utilizza un oculare da 10X e un obiettivo da 40X, l’ingrandimento totale sarà: 10X40=400X.

Il microscopio ottico composto è costituito da due sistemi di lenti biconvesse ed è fondato sul fenomeno della rifrazione delle radiazioni luminose. I raggi di luce nel passare da un mezzo ad un altro di differente densità (aria-lente) subiscono una deviazione o rifrazione e restituiscono di un oggetto, opportunamente collocato rispetto alla sorgente di luce e alla lente, un’immagine ingrandita.

 

Esempio di ingrandimento dell’immagine reale

 

Numero di apertura

E’ un numero adimensionale che esprime l’angolo di apertura della lente dell’obiettivo, ovvero la capacità di un obiettivo di accogliere i vari raggi della luce provenienti da ciascuna parte illuminata del campione. Più è alto tale valore, maggiore sarà il potere di risoluzione del microscopio, di cui verrà approfondito il concetto al successivo punto. L’apertura numerica si esprime con la seguente formula:
Apertura numerica = n • sen θ

  • n= indice di rifrazione del materiale presente nello spazio tra il campione e la lente frontale;
  • θ = grado di apertura angolare dell’obiettivo.
Obiettivi con numero di apertura diverso. A destra l’apertura numerica e angolare è maggiore rispetto a quello di sinistra e quindi la risoluzione è maggiore nell’obiettivo di destra.

Potere risolutivo o risoluzione (approfondimento)

Il potere risolutivo indica la capacità di distinguere come separati due punti molto vicini. L’occhio umano riesce a distinguere due punti distanti tra loro almeno 0,1mm quindi, con una risoluzione di circa 0,1mm. Per distinguere due punti più vicini occorre una lente di ingrandimento o un sistema di lenti come il microscopio ottico. Il microscopio ottico ha un potere risolutivo di circa 0,2 millesimi di millimetro ossia 0,2 micron; ciò vuole dire che possiamo ingrandire l’immagine fino a rendere visibili due punti che distano tra loro 0,2 micron. Questo è il limite massimo di risoluzione del microscopio ottico: due punti a distanza inferiore a 0,2 micron non possono essere distinti, perché la luce visibile non lo consente. Per distinguere particolari ancora più piccoli si deve ricorrere al microscopio elettronico, nel quale la luce è sostituita da elettroni, che attraversano l’oggetto e vengono registrati da uno schermo (o una pellicola fotografica) che rende visibile l’immagine. Col microscopio elettronico si può ottenere un’immagine ingrandita oltre un milione di volte; il suo potere di risoluzione è di 1 nanometro (che corrisponde a un millesimo di micron e un milionesimo di millimetro): il microscopio elettronico può distinguere due punti che distano più di un milionesimo di millimetro.

Il potere di risolutivo può essere espresso come:     \(d=\frac{\lambda }{nsen\theta }\)

dove:

  • λ è la lunghezza dell’onda della radiazione;
  • n = l’indice di rifrazione del mezzo attraversato dalla luce;
  • θ = l’angolo al centro del cono di luce che entra nel cono dell’obiettivo;
  • n senθ = l’apertura numerica.

Il valore di “d” varia al variare di λ ed è tanto più basso (viceversa la risoluzione è tanto più alta), quanto più piccolo è il valore di λ. Modificando, quindi, la lunghezza d’onda della luce utilizzata dal microscopio ottico, si può aumentare o diminuire la risoluzione; tuttavia questo sistema non è molto efficace dato che l’intervallo delle lunghezze d’onda del campo visibile (400-600 nm) è abbastanza ristretto.

Per rendere l’immagine più nitida può essere modificato il potere risolutivo ponendo una goccia di olio di cedro (n=1,51) tra preparato e obiettivo. Questo fluido, infatti, ha un indice di rifrazione più elevato di quello dell’aria e molto vicino a quello del vetro. In questo modo aumentiamo il valore del denominatore, così che “d” diventa più piccolo e il microscopio riesce ad avere un potere risolutivo più alto.

Utilizzando l’olio di cedro si riducono i fenomeni di rifrazione e riflessione della luce migliorando la qualità dell’immagine.

Condensatore

Il condensatore è situato sotto il tavolino traslatore e serve a concentrare il fascio di luce, emesso da una lampadina sottostante, verso il preparato da osservare. Per aumentare o diminuire la concentrazione del fascio di luce, può essere variata la sua posizione mediante una manopola posta sul lato destro del corpo del microscopio. Il condensatore è costituito da un sistema di lenti provvisto anche di un diaframma di apertura che permette di modificare l’ampiezza del cono di luce che da esso esce.
In aggiunta al diaframma di apertura alcuni microscopi sono dotati anche di un diaframma di campo: si tratta di un accessorio presente solamente su strumenti di buona ed ottima qualità e consiste in un ulteriore diaframma ad iride inserito fra la sorgente luminosa ed il condensatore. Lo scopo di questo diaframma è quello di permettere un ulteriore miglioramento della distribuzione della luce sul campione ottimizzando al massimo il potere di risoluzione del sistema ottico e ciò risulta particolarmente utile in campo fotomicrografico.

PARTE MECCANICA

La parte meccanica è formata da: Sostegno a piede, Stativo, Tavolino portaoggetti, un tubo ottico, Vite macrometrica e Vite micrometrica.

Sostegno a piede

E’ la base del microscopio che grazie al suo peso determina una buona stabilità dello strumento, impedendo alle piccole oscillazioni accidentali di compromettere la visione ottimale del preparato. Nella parte interna del sostegno a piede generalmente è presente un circuito elettrico per la regolazione dell’intensità luminosa di una lampadina montata sulla sua superficie.

Stativo

E’ il supporto verticale in metallo che tiene unite le varie parti del microscopio. Si estende dal piede per sostenere il tavolino portaoggetti fino a raggiungere il revolver con gli obiettivi e poi, più in alto, la base della scatola portaprismi o, come in alcuni modelli, il tubo ottico. Ai lati dello stativo sono presenti due coppie di viti macrometriche e micrometriche.

Tubo ottico

E’ un cilindro metallico che collega gli oculari con gli obiettivi ed è presente un foro nella parte centrale, per permettere il passaggio dei raggi luminosi. I microscopi professionali che hanno la scatola portaprismi sono privi di tale tubo. Questo ha una lunghezza ben precisa di 16cm per le case costruttrici italiane e tedesche e 24cm per quelle inglesi. Tale distanza viene detta lunghezza meccanica ed è fondamentale per poter visualizzare l’immagine del preparato. Le viti micro e macrometriche sono montate ai lati del tubo ottico e lo muovono, verso l’alto o il basso, per raggiungere la messa a fuoco.

 Viti macroscopiche e microscopiche

Le viti macrometriche e micrometriche sono delle manopole, poste ai lati dello stativo, che possono essere azionate, in senso orario e antiorario, permettendo movimenti del tavolino portaoggetti dal basso verso l’alto e viceversa. Ruotandole, infatti, si fa in modo che, per mezzo di aggiustamenti più o meno accentuati della distanza del piano del tavolino rispetto all’obiettivo, si permetta la messa a fuoco del campione da osservare.

SISTEMA D’ILLUMINAZIONE

Oltre alla parte meccanica e al sistema ottico, il microscopio possiede un sistema di illuminazione costituito, nei modelli economici, solo da uno specchio situato tra il piede e il tavolino che, orientato adeguatamente riflette la luce solare sull’oggetto da osservare. I microscopi di qualità superiore sono dotati di lampadine alogene pilotate da un circuito elettronico che permette la regolazione dell’intensità luminosa e di mantenerla costante nel tempo.

 

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4 commenti su “IL MICROSCOPIO OTTICO

  1. AvatarSandra il said:

    Un esposizione perfetta su uno strumento importante di cui quasi nessuno sa l’esistenza. Posso solo dire BRAVO!!!!
    Grazie mille.

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    • KirkadminKirkadmin il said:

      Grazie Sandra del complimento, spero che ti siano utili anche i futuri articoli. Seguici

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  2. AvatarMarco il said:

    Interessante esposizione di uno strumento che in un laboratorio chimico è senza alcun dubbio fondamentale.
    Grazie

    Rating: 4.0/5. From 1 vote.
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    • KirkadminKirkadmin il said:

      Grazie Marco per la considerazione e la pazienza che hai avuto nel leggere l’articolo dedicato al microscopio ottico. Questo strumento è ormai usato dagli studenti in molti laboratori scolastici dedicati alla chimica e da alcuni anni, con la riforma Gelmini, anche dai licei scientifici opzione scienze applicate. Per problemi di spazi nelle scuole, infatti, le classi del liceo e del biennio ITIS, a turno, svolgono le loro attività nel vecchio laboratorio di chimica ormai diventato laboratorio di scienze. Ho quindi dovuto, per necessità porre l’articolo anche nella sezione dedicata alla strumentazione del laboratorio di chimica oltre che nel menù del laboratorio di biologia. Presto farò delle opportune modifiche nella struttura del sito e considererò anche il tuo commento per migliorare la collocazione degli articoli pubblicati.

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