Strumenti di Gemmologia
Storia delle Gemme
Nome e traduzioni
(italiano – Microscopio)
(inglese – Microscope)
(Francese – Microscope)
(Spagnolo – Microscopio)
(Portoghese – Microscópio)
(Tailandese – กล้องจุลทรรศน์ – klong jun tharansan)
(Tedesco – Mikroskop)
(Arabo – مجهر majhar)
(Russo – микроскоп – mikroskop)
(Mandarino -显微镜 – xiǎnwēijìng)
(Swahili – darubini)
(Hindi – माइक्रोस्कोप – maikroskop)
Storia
Il microscopio ha una storia lunga e complessa, ma la sua applicazione nel campo della gemmologia è stata fondamentale per identificare e caratterizzare le pietre preziose. Quella che segue è una breve storia del microscopio e della sua evoluzione nel settore della gemmologia, comprese date e dati biografici di inventori e innovatori.
Il primo microscopio fu probabilmente inventato nel 1590 da Hans e Zacharias Jansen, produttori di lenti olandesi. Era un semplice dispositivo che consisteva in due lenti convesse in un tubo, che potevano ingrandire un oggetto fino a nove volte la sua dimensione. Questo primo microscopio, noto come “microscopio semplice”, veniva utilizzato principalmente per esaminare piccoli oggetti come insetti e parti di piante. Nel 1609, anche Galileo Galilei si occupò di questo strumento. Quello del pensatore italico era comunque un dispositivo in grado di ingrandire gli oggetti lontani. Esso consisteva un telescopio a 3 ingrandimenti, che utilizzò per osservare le montagne sulla luna, le fasi di Venere e le quattro lune di Giove. Il telescopio di Galileo consisteva in un tubo di cartone con due lenti di vetro, una lente convessa sul lato rivolto all’oggetto osservato, e una lente concava sul lato dell’oculare. Grazie alla combinazione di queste lenti, Galileo fu in grado di ottenere un ingrandimento di circa 30 volte. Successivamente, nel 1610, Galileo migliorò il design del suo telescopio, aumentando l’ingrandimento fino a circa 50 volte. Il telescopio di Galileo rappresentò un grande passo avanti nella storia della scienza, poiché consentì agli scienziati di osservare il cielo in modo più dettagliato e accurato, aprendo la strada a molte importanti scoperte astronomiche. Nel 1665, lo scienziato inglese Robert Hooke pubblicò un libro intitolato “Micrographia”, che includeva illustrazioni dettagliate di oggetti che aveva esaminato usando un microscopio. Questo libro è stato il primo a rendere popolare l’uso dei microscopi e ha ispirato molti altri scienziati a iniziare a usarli nel loro lavoro.
Nei secoli successivi furono apportati molti miglioramenti al microscopio. Nel 1674, Antonie van Leeuwenhoek, uno scienziato olandese, migliorò il design del microscopio utilizzando una sola lente invece di due. Questo nuovo design, noto come “microscopio composto”, consentiva un ingrandimento molto maggiore.
Nel XIX secolo, il microscopio ha continuato ad evolversi e sono state introdotte nuove tecnologie come la luce polarizzata e l’illuminazione a campo oscuro. Queste nuove tecniche hanno consentito dettagli e precisione ancora maggiori nell’esame degli oggetti al microscopio.
Nel 1834 Sir David Brewster scrisse quella che probabilmente è la prima descrizione scientifica delle caratteristiche interne delle pietre preziose viste al microscopio. Brewster ha anche spiegato i vantaggi dell’immersione quando si studiano le gemme con un microscopio. Inoltre, ora c’era il piccolo ma utile dicroscopio, che, come diceva il grande gemmologo Max Bauer, “dovrebbe essere nelle mani di chiunque compri o venda pietre preziose”
Uno dei primi microscopi gemmologici fu il “Dunkelschön” sviluppato da Julius Caesar La Garde nel 1882. Questo microscopio utilizzava un sistema di illuminazione a luce diffusa ed era dotato di un sistema di ingrandimento variabile.
Un altro microscopio gemmologico storico è il “Hanneman-Joachim” del 1930, sviluppato da Robert Hanneman e Walter Joachim. Questo microscopio era dotato di un sistema di illuminazione a luce incidente e una tavola rotante per l’analisi di gemme tagliate.
Nello stesso anno, un modello specificamente pensato per l’osservazione delle pietre preziose e la loro identificazione venne introdotto da Robert M. Shipley, fondatore del Gemological Institute of America (GIA).
All’inizio del XX secolo il microscopio divenne uno strumento importante nel settore gemmologico come mezzo essenziale per l’identificazione e la caratterizzazione delle pietre preziose. I gemmologi usano i microscopi per esaminare le caratteristiche interne ed esterne delle pietre preziose, comprese le inclusioni, le fratture e la suddivisione in zone del colore.
Una delle innovazioni più importanti nell’uso del microscopio in gemmologia è stata l’introduzione dello stereomicroscopio. Questo microscopio, sviluppato per la prima volta negli anni ’20, utilizza due lenti separate per creare un’immagine tridimensionale di un oggetto. Ciò consente ai gemmologi di esaminare la superficie di una pietra preziosa in modo molto più dettagliato.
Nel 1949 Hans Günter Schneider, in collaborazione con il Prof. Dr. Schlossmacher, costruì una versione migliorata del microscopio gemmologico. In quegli anni vennero prodotti i primi microscopi orizzontali fatti a mano. Nel 1967 furono costruiti i primi stereomicroscopi interni.
Un altro importante sviluppo nell’uso del microscopio in gemmologia è stata l’introduzione della sorgente luminosa a fibre ottiche negli anni ’70. Questa tecnologia ha consentito un’illuminazione molto migliore dell’oggetto in esame, rendendo più facile vedere anche i più piccoli dettagli.
Oggi i gemmologi utilizzano una varietà di microscopi diversi a seconda delle esigenze specifiche del loro lavoro. Alcuni dei microscopi più comunemente usati in gemmologia includono lo stereomicroscopio, il microscopio polarizzatore e il microscopio a fluorescenza.
Leggi scientifiche di riferimento
Le leggi scientifiche di riferimento al microscopio includono la diffrazione, l’interferenza, la rifrazione, la riflessione e la polarizzazione. Tra i principali scopritori delle leggi scientifiche relative al microscopio ci sono Ernst Abbe (1840-1905), August Köhler (1866-1948) e Max von Laue (1879-1960).
Concetti importanti
La Diffrazione
La diffrazione è un fenomeno ottico che si verifica quando la luce passa attraverso una superficie con delle irregolarità, come ad esempio una gemma con delle inclusioni o delle dislocazioni. Queste irregolarità deviano la luce e creano dei pattern di diffrazione, ossia delle figure geometriche che possono essere osservate al microscopio.
Per misurare la diffrazione al microscopio, si utilizza un reticolo di diffrazione, ovvero una lastra di vetro o di plastica su cui sono incisi dei piccoli fori a intervalli regolari. Posizionando il reticolo di diffrazione sul tavolo porta oggetto del microscopio e osservando l’immagine della gemma attraverso di esso, è possibile contare il numero di bande di diffrazione visibili, che indicano la quantità di irregolarità presenti nella gemma.
La misurazione della diffrazione può fornire informazioni sulla purezza della gemma e sulla sua provenienza geografica, in quanto ogni giacitura geologica ha delle caratteristiche di inclusione e di dislocazione specifiche che generano pattern di diffrazione unici.
L’interferenza
L’interferenza è un fenomeno ottico che si verifica quando due onde luminose si sovrappongono, creando un’interferenza che può essere costruttiva o distruttiva. In gemmologia, l’interferenza si verifica quando la luce attraversa una gemma con doppia rifrazione.
Per misurare l’interferenza al microscopio, si utilizza il cono di dispersione, ovvero un disco di vetro o di plastica trasparente che ha una serie di anelli colorati che rappresentano la diversa intensità dell’interferenza. Si posiziona la gemma sul tavolo porta oggetto del microscopio e si osserva l’immagine attraverso il cono di dispersione. Ogni colore corrisponde ad un diverso grado di interferenza, e la sua intensità può essere valutata in base alla distanza dell’anello dal centro del cono.
La misurazione dell’interferenza può fornire informazioni sulla struttura cristallina della gemma e sulla sua provenienza geografica, in quanto ogni giacitura geologica ha una diversa disposizione delle molecole all’interno della gemma che genera pattern di interferenza unici.
La Rifrazione
La rifrazione è un fenomeno ottico che si verifica quando la luce passa attraverso un mezzo con indice di rifrazione diverso da quello dell’aria, come ad esempio una gemma. In gemmologia, la rifrazione viene misurata tramite il microscopio gemmologico utilizzando il refrattometro.
Per misurare la rifrazione, si posiziona la gemma sul tavolo porta oggetto del microscopio e si osserva l’immagine attraverso il prisma del refrattometro. La luce attraversa la gemma e il prisma, e l’angolo di rifrazione viene misurato tramite la scala graduata presente sul refrattometro.
La misurazione della rifrazione è fondamentale per identificare la gemma e per determinarne il suo indice di rifrazione, che può fornire informazioni sulla sua composizione chimica e sulla sua provenienza geografica. Inoltre, la rifrazione può essere utilizzata per distinguere tra gemme naturali e sintetiche, in quanto queste ultime hanno spesso un indice di rifrazione diverso rispetto alle gemme naturali.
La Riflessione (della luce)
La riflessione è un fenomeno ottico che si verifica quando la luce colpisce una superficie e viene rimandata indietro. In gemmologia, la riflessione viene misurata tramite il microscopio gemmologico utilizzando il conoscito “doppio riflessore”.
Per misurare la riflessione, si posiziona la gemma sul tavolo porta oggetto del microscopio e si osserva l’immagine attraverso il doppio riflessore. La luce proveniente dalla lampada del microscopio viene riflessa sulla superficie della gemma e torna indietro, formando un’immagine doppia. Queste due immagini possono essere allineate utilizzando il doppio riflessore, permettendo di misurare l’angolo di riflessione.
La misurazione della riflessione è fondamentale per identificare la gemma e per determinarne le sue caratteristiche ottiche. In particolare, la riflessione può essere utilizzata per valutare la qualità del taglio della gemma e per individuare eventuali inclusioni o difetti interni. Inoltre, la riflessione può essere utilizzata per identificare la provenienza geografica della gemma, in quanto alcune miniere producono gemme con caratteristiche di riflessione specifiche.
La Polarizzazione
La polarizzazione in gemmologia si riferisce alla proprietà ottica delle pietre preziose di modificare la polarizzazione della luce che passa attraverso di esse. Quando la luce passa attraverso una pietra preziosa anisotropica, viene polarizzata in due direzioni perpendicolari tra loro, producendo due raggi di luce polarizzati. Questo fenomeno è noto come doppia rifrazione. Il microscopio gemmologico è uno strumento che consente di osservare la polarizzazione della luce che passa attraverso una pietra preziosa e di determinare il suo carattere ottico.
Per misurare la polarizzazione con il microscopio gemmologico, si deve utilizzare la luce polarizzata, che può essere generata utilizzando un polarizzatore posto sopra la sorgente luminosa del microscopio. Si posiziona la pietra preziosa sulla piattaforma di osservazione del microscopio e si ruota il polarizzatore per osservare i cambiamenti nella polarizzazione della luce mentre si ruota la pietra preziosa. In questo modo, si possono osservare le figure ottiche che indicano il carattere ottico della pietra preziosa, come singola rifrazione, doppia rifrazione o anomala doppia rifrazione. La polarizzazione è quindi un’importante proprietà ottica delle pietre preziose che può essere osservata e misurata utilizzando il microscopio gemmologico.
Utilizzo
Le principali funzioni del microscopio gemmologico includono la valutazione della purezza, la colorazione, la forma, la dimensione e la struttura di una pietra preziosa. Inoltre, il microscopio gemmologico può aiutare nella scoperta di inclusioni, graffi, fratture e altre caratteristiche interne e superficiali che aiutano nell’identificazione della pietra preziosa.
Limitazioni
Limitazioni
Le limitazioni dell’utilizzo del microscopio gemmologico nell’identificazione delle gemme possono includere la difficoltà di distinguere tra inclusioni naturali e artificiali, la possibilità che alcune inclusioni possano essere nascoste da trattamenti termici o chimici, e la necessità di utilizzare altre tecniche di analisi per confermare l’identificazione della pietra preziosa.
Modo d’uso
Modo d’uso
L’esame delle pietre preziose attraverso un microscopio gemmologico può essere effettuato in diversi modi a seconda dell’obiettivo dell’analisi. Ecco i passaggi generali dell’esame attraverso i vari tipi di illuminazione:
Illuminazione a campo oscuro:
- Inserire la pietra nell’apposita pinza e fissarla alla base del microscopio.
- Selezionare l’obiettivo e la condizione di illuminazione a campo oscuro.
- Ruotare la pietra per esaminarla da tutti i lati e osservare la presenza di inclusioni, fratture o altre caratteristiche interne.
- Osservare la presenza di fenomeni ottici come l’effetto Schiller o l’effetto opale.
- Analizzare il colore della pietra in questa condizione di illuminazione.
Illuminazione a campo chiaro:
- Inserire la pietra nell’apposita pinza e fissarla alla base del microscopio.
- Selezionare l’obiettivo e la condizione di illuminazione a campo chiaro.
- Ruotare la pietra per esaminarla da tutti i lati e osservare la presenza di inclusioni, fratture o altre caratteristiche interne.
- Analizzare il colore della pietra in questa condizione di illuminazione.
- Verificare la presenza di caratteristiche specifiche della pietra, come le linee di crescita.
Illuminazione a luce diffusa:
- Inserire la pietra nell’apposita pinza e fissarla alla base del microscopio.
- Selezionare l’obiettivo e la condizione di illuminazione a luce diffusa.
- Ruotare la pietra per esaminarla da tutti i lati e osservare la presenza di inclusioni, fratture o altre caratteristiche interne.
- Analizzare il colore della pietra in questa condizione di illuminazione.
- Verificare la presenza di fenomeni ottici come la dispersione, la fluorescenza o la fosforescenza.
Illuminazione con fibra ottica:
- Inserire la fibra ottica nella parte inferiore del microscopio.
- Inserire la pietra nella pinza sulla parte superiore del microscopio.
- Selezionare l’obiettivo e posizionare la fibra ottica in modo che la luce venga riflessa sulla pietra.
- Ruotare la pietra per esaminarla da tutti i lati e osservare la presenza di inclusioni, fratture o altre caratteristiche interne.
- Analizzare il colore della pietra in questa condizione di illuminazione.
- Verificare la presenza di fenomeni ottici come la dispersione o la fluorescenza.
Illuminazione a luce polarizzata
- Preparazione del campione: la pietra preziosa da esaminare viene montata su un portaoggetti trasparente e posizionata sulla piattaforma del microscopio. È importante che la pietra sia posizionata in modo che la luce possa attraversarla facilmente.
- Illuminazione a luce polarizzata: accendere la luce polarizzata sul microscopio e regolarla sulla pietra preziosa. La luce polarizzata è una luce che si propaga in una direzione, in contrasto con la luce non polarizzata, che si propaga in tutte le direzioni.
- Osservazione a luce polarizzata: guardare la pietra preziosa attraverso il microscopio mentre è illuminata a luce polarizzata. In questo modo si possono osservare le figure di interferenza causate dalla birifrangenza delle pietre anisotropiche. Le pietre anisotropiche sono pietre che presentano birifrangenza e doppia rifrazione.
- Illuminazione a luce polarizzata incrociata: ruotare la piastra polarizzatrice del microscopio di 90 gradi per ottenere la luce polarizzata incrociata. La luce polarizzata incrociata è quella che si propaga in direzioni perpendicolari tra loro rispetto alla luce polarizzata.
- Osservazione a luce polarizzata incrociata: guardare la pietra preziosa attraverso il microscopio mentre è illuminata a luce polarizzata incrociata. In questo modo si possono osservare le figure di estinzione, che sono aree scure della pietra preziosa dove la luce non passa attraverso la birifrangenza della pietra.
- Confronto delle figure: confrontare le figure osservate a luce polarizzata e a luce polarizzata incrociata con quelle presenti in una tavola di riferimento per identificare la pietra preziosa.
In generale, l’uso della luce polarizzata e della luce polarizzata incrociata nel microscopio gemmologico consente di determinare la birifrangenza, la doppia rifrazione e la presenza di inclusioni o fratture all’interno della pietra preziosa.
Accessori
Polarizzatore: è un filtro polarizzatore che si può inserire tra la fonte di luce e la pietra preziosa, per creare luce polarizzata. Ci sono anche polarizzatori incrociati che si possono inserire nella parte inferiore del microscopio, che aiutano a identificare la birifrangenza della pietra.
Microscopio gemmologico a luce ultravioletta: questo tipo di microscopio consente di vedere la fluorescenza delle pietre preziose. Le pietre preziose fluorescono in vari colori a seconda del tipo di pietra e della fonte di luce ultravioletta utilizzata.
Piattaforma girevole: una piattaforma girevole può essere utile per ruotare la pietra preziosa mentre si effettua l’analisi.
Dispositivo di riscaldamento: questo accessorio può essere utile per riscaldare la pietra preziosa prima di eseguire l’analisi. Ciò può facilitare la visualizzazione di alcune caratteristiche della pietra.
Misuratore di indice di rifrazione: questo dispositivo consente di misurare l’indice di rifrazione della pietra preziosa. Ciò può essere utile per identificare il tipo di pietra.
Software per analisi delle immagini: ci sono software disponibili per il microscopio gemmologico che consentono di analizzare le immagini e di registrare le informazioni sull’esame.
Fotocamera: una fotocamera può essere utilizzata per acquisire immagini delle pietre preziose per scopi di archiviazione o per condividerle con altri gemmologi.
Illuminatore a fibra ottica: questo accessorio consente di illuminare parti specifiche della pietra preziosa e di vedere le caratteristiche interne in modo più dettagliato.
Precauzioni
Le principali precauzioni nell’utilizzo del microscopio gemmologico includono l’utilizzo di occhiali di protezione, la manipolazione delicata delle pietre preziose, l’utilizzo di un’illuminazione adeguata per evitare l’affaticamento degli occhi e la pulizia regolare del microscopio per evitare la formazione di polvere o di altri depositi sulla superficie dell’obiettivo.
Parti
Base: la parte inferiore del microscopio che lo sostiene.
Colonna: la struttura verticale che collega la base alla testa del microscopio.
Testa: la parte superiore del microscopio, che contiene le lenti dell’oculare e dell’obiettivo.
Oculare: la lente attraverso la quale l’osservatore guarda l’oggetto sotto il microscopio.
Obiettivo: la lente inferiore del microscopio che ingrandisce l’oggetto e lo proietta nell’oculare.
Messa a fuoco: i meccanismi che consentono di regolare la messa a fuoco dell’oggetto.
Illuminazione: il sistema di illuminazione che illumina l’oggetto e fornisce un’illuminazione uniforme per l’osservazione. Può includere una sorgente di luce, una lente condensatrice e un filtro.
Tavolo porta oggetto: la piattaforma su cui viene posizionato l’oggetto da osservare, solitamente dotata di morsetti per tenere saldamente l’oggetto in posizione.
Unita’ di misura
Le unità di misura utilizzate nell’analisi delle pietre preziose utilizzando il microscopio includono il millimetro (mm) per la dimensione delle pietre, il grado di colore, la scala di durezza di Mohs per la valutazione della durezza delle pietre, la densità specifica e l’indice di rifrazione per la determinazione della natura e delle proprietà ottiche delle pietre preziose.
Tipi
Ci sono diversi tipi di microscopio gemmologico, tra cui il microscopio stereoscopico, il microscopio a contrasto di fase e il microscopio polarizzatore.
Modelli (2023)
Attualmente sul mercato sono disponibili diversi modelli di microscopi gemmologici, tra cui:
“Leica DM2500 M”: è un microscopio polarizzatore gemmologico che offre una visione nitida e dettagliata della struttura interna delle pietre preziose. Ha un’illuminazione a LED regolabile, un sistema di filtro polarizzatore intercambiabile e un sistema di compensazione di Bertrand integrato. Il prezzo può variare tra i 10.000 e i 20.000 euro.
“Olympus BX51″: è un altro modello di microscopio polarizzatore gemmologico che offre immagini ad alta risoluzione con una grande profondità di campo. Ha un’illuminazione a LED regolabile, una testa binoculare inclinabile e ruotabile e un sistema di filtro polarizzatore intercambiabile. Il prezzo può variare tra i 7.000 e i 12.000 euro.
“Nikon Eclipse LV100 POL”: è un microscopio polarizzatore gemmologico con una tecnologia avanzata di illuminazione a LED. Offre una visione nitida e dettagliata delle pietre preziose, con una profondità di campo estremamente ampia e una risoluzione ad alta definizione. Il prezzo può variare tra i 15.000 e i 25.000 euro.
“Zeiss Axioscope POL”: è un microscopio polarizzatore gemmologico di alta gamma, che offre una visione tridimensionale delle pietre preziose. Ha un’illuminazione a LED regolabile, un sistema di filtro polarizzatore intercambiabile e un sistema di compensazione di Bertrand integrato. Il prezzo può variare tra i 20.000 e i 30.000 euro.
Tipi
Le pietre preziose sono minerali spesso (ma non sempre) trasparenti e possono quindi essere esaminate con metodi ottici. L’indice di rifrazione è una costante materiale, dipendente dalla composizione chimica di una sostanza. Il rifrattometro viene utilizzato per identificare i materiali delle gemme misurando il loro indice di rifrazione, una delle principali proprietà utilizzate per determinare il tipo di pietra preziosa. A causa della dipendenza dell’indice di rifrazione dalla lunghezza d’onda della luce utilizzata (cioè dispersione), la misurazione viene normalmente eseguita alla lunghezza d’onda della linea D del sodio (NaD) di ~589 nm. Questo viene filtrato dalla luce del giorno o generato con un diodo a emissione di luce (LED) monocromatico. Alcune pietre come rubini, zaffiri, tormaline e topazio sono otticamente anisotrope. Dimostrano la birifrangenza basata sul piano di polarizzazione della luce. I due diversi indici di rifrazione sono classificati utilizzando un filtro di polarizzazione. I rifrattometri con pietre preziose sono disponibili sia come classici strumenti ottici che come dispositivi di misura elettronici con display digitale.
Innovazione
Negli ultimi 10 anni, il microscopio gemmologico è stato migliorato con l’aggiunta di tecniche di imaging digitale, software di analisi delle immagini e microscopi a fluorescenza. È stato anche sviluppato il microscopio a raggi X per l’analisi della composizione chimica delle pietre preziose.
Da migliorare
Le analisi gemmologiche attraverso questo strumento sono spesso piuttosto brigose. Le versioni elettroniche sono ancora poco affidabili.
Fatti curiosi
- Una delle curiosità legate al microscopio è che il termine “microscopio” è stato coniato da Giovanni Faber nel 1625. Inoltre, la costruzione di microscopi di alta qualità richiede ancora una grande abilità artigianale e la conoscenza di tecniche di lavorazione del vetro e della luce.
- I moderni microscopi gemmologici sono spesso dotati di telecamere digitali e software di analisi delle immagini per una maggiore precisione e facilità d’uso.
- Il microscopio gemmologico può essere utilizzato non solo per l’analisi di pietre preziose, ma anche per l’analisi di materiali industriali e biologici.
Nel campo della gemmologia, l’analisi al microscopio è solo una delle molte tecniche utilizzate per l’identificazione delle pietre preziose, e spesso viene utilizzata in combinazione con altre tecniche come la spettroscopia e la termoluminescenza.
Diffusione
Il microscopio gemmologico è utilizzato in tutto il mondo nella valutazione e nell’identificazione delle pietre preziose. È uno strumento essenziale per i gemmologi, i valutatori di gioielli, i lapidari e i collezionisti di minerali. I principali produttori di microscopi gemmologici includono Leica, Zeiss, Nikon, Meiji Techno e Wild. Ci sono anche molte aziende che producono microscopi gemmologici di fascia media e bassa.
