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Microscopio acromatico

Il 1824 è universalmente riconosciuto come l'anno di nascita del moderno microscopio acromatico composto. Di questo evento e dei successivi perfezionamenti apportati allo strumento Giovanni Battista Amici fu uno dei protagonisti sul piano internazionale. Gli scriveva il 28 marzo 1828 l'ottico inglese Joseph Jackson Lister:

It is curious that acromatic glasses of short focus should have been produced (as appears) near the same time in Italy & England, independent of each other. From some circumstances I suspect that those of Chevalier in France were undertaken in consequence of the report of their successful production elsewhere. (I think it was in 1824 that Tulley executed his first good triple 0,4 inch). I should ful obliged to thu to inform me how long they have been employed by thu, whether any one on the continent before thu had succeeded in them, and also (which I think I did hear from thu but I have forgotten it) to whom we are originally indebted for the important improvement of placing one before another in combination. We knew nothing of its value here till I had over from France one of Chevalier's Instruments, & had enlarged its apertures (cfr. A. Meschiari, The microscopes of Giovanni Battista Amici, Tassinari, Firenze 2003).

Si veda anche J. J. Lister, On some properties in achromatic object-glasses applicable to the improvement of the microscope («Philosophical Transactions of the Royal Society of London» for the year 1830).
Gli rispose Amici il 12 maggio successivo:

In quanto all'epoca che desiderate sapere della mia prima occupazione sugli obbiettivi microscopici acromatici, vi dirò che fu verso il 1815 allorquando corredai i miei telescopj newtoniani a larga apertura, di oculari acromatici. La miglior riescita io l'ebbi in un obbiettivo composto di due lenti convesse di vetro di francia con in mezzo una concava di flint-glass antico d'inghilterra aventi i raggi di curvatura come segue espressi in linee del piede parigino, cominciando verso l'oggetto: 5 : 5 : 5 : 2,5 : 3,5 : 5,5 e la distanza focale più di sette linee, ma esso non valeva il mio microscopio catadiottrico. Il celebre Fraunhoffer sebbene da tempo anteriore avesse in commercio dei microscopi acromatici non era niente più avanzato di me. Fu solamente nell'anno 1824 che io ripresi questo lavoro con certezza di miglior successo dopo d'aver letto il rapporto di M.r Fresnel fatto all'Accademia Reale delle Scienze di Parigi sopra il microscopio acromatico di M. Selligue. Egli è da quest'ultimo che io tolsi la felice idea di riunire insieme varii obbiettivi [leggi: lenti] acromatici, in vece di fabbricarne un solo di fuoco eguale a quello della loro combinazione [...]

Nel 1827 nel suo primo viaggio a Parigi e a Londra egli aveva portato con sé il suo nuovo microscopio acromatico. Poco dopo la sua partenza dall’Inghilterra, «The Philosophical Magazine and Annals of Philosophy» (N° 8 of the August 1827) pubblicava la seguente Notice of some Microscopic Observations of the Blood and Animal Tissues, by Dr. Hodgkin and J. J. Lister, Communicated by Dr. Hodgkin:

The powerful compound achromatic microscope in the possession of J. J. Lister, being, as I have reason to think, far superior to any thing of the kind yet produced in this country, a short account of its application to animal structures will probably be considered not altogether uninteresting. This microscope is the only one, which, up to present time, has borne a comparison with the justly celebrated instruments of Amici. After repeated comparative trials, with the most delicate test objects, it was impossible to decide the question of superiority between J. J. Lister's microscope, and that which the profound and skilful optician of Modena, had with him during his late visit to this country; although the professor most obligingly afforded every facility for the trial. [...]

Sulla medesima asta di supporto avvitata sulla cassetta di mogano poteva facilmente sostituirsi il tubo orizzontale dell'acromatico con il tubo catadiottrico. Due di questi strumenti egli inviò nel 1829 a Parigi al prezzo di 1000 Franchi cadauno: uno per la Facoltà delle Scienze, descritto da Claude Pouillet nei suoi Elémens de physique expérimentale et de météorologie (scarica il pdf), e uno per la Scuola Politecnica, rappresentato qui sotto in fotografia (courtesy of Mr. Rolf Willach), per il quale Amici annotò i seguenti valori di ingrandimento
(i numeri 1°- 6° indicano gli oculari):

Microscopio N.° 2 per Parigi

il terzo obbiettivo con la superficie piana verso l'oggetto è di corto fuoco, cioè 1 ½ linee interne e due scarse esterne. Crown inglese. Flint Guinand. Eccellentissimo.

I tre obbiettivi	1°	291	A due obbiettivi	1°	188
	2°	518		2°	334
	3°	758		3°	489
	4°	1599		4°	1032
	5°	2629
	6°	4299

A uno	1°	84	Catadiottrico	1°	50
	2°	149		2°	91
	3°	218		3°	133
				4°	283
				5°	465

Oggetti microscopici che accompagnano il microscopio n.° 2 di Parigi

1. Squame di Papilio Idas. Scopoli Ent. Car.
2. Squame di Papilio Brassicæ
3. Dette. anonima
4. Squame di Papilio Rapæ
5. Squame di Phalæna Pacta
6. Peli del Tarlo
7. Ala di Zenzara
8. Legno di abete.

Una annotazione importante apre la scheda dell'altro Microscopio di Parigi N.° 1

Tre sono gli obbiettivi acromatici marcati 1. 2. 3. i quali possono usarsi uniti o separati. La riunione di tutti costituisce la combinazione più forte per gli oggetti trasparenti collocati fra due lastre di vetro della grossezza di quelle che si trovano fra il corredo del microscopio. L'acromatismo di questo sistema è stato calcolato tenendo conto della grossezza delle dette lastre entro le quali comunemente si racchiudono i piccoli oggetti come per esempio gli animaletti infusorii, le molecole del sangue, il polline delle piante &c. &c. Senza l'interposizione di una delle nominate sottili lastre fra l'obbiettivo e l'oggetto quest'ultimo si vedrebbe egualmente ingrandito ma con minore distinzione.

Fin dal 1827 Amici si era accorto dell' interferenza del copri-oggetto e aveva proposto quattro soluzioni per ovviare all'inconveniente.

La lente emisferica frontale

Il primo passo che portò Amici ad ottenere i maggiori ingrandimenti fu «la sostituzione da lui ideata di una lente acutissima semplice, in vece della terza lente composta delle Serie ordinarie». Si tratta della lente emisferica frontale, introdotta per la prima volta nel 1838 nel microscopio costruito per il Rev. Thomas Romney Robinson, direttore dell'Osservatorio astronomico di Armagh in Irlanda. Gli scrisse Amici nel maggio di quell'anno:

Il vostro microscopio è finito [...] Ho sentito dal Cavaliere South che alcuni de' più celebri Fabbricatori di Microscopi in Londra si sono messi a ridere quando hanno sentito che io ho chiesto il vetro di Faraday a grande dispersione. Perciò ho creduto bene di eseguire per voi una combinazione d'obbiettivi acromatizzati col vetro stesso che alcuni anni sono ebbi in dono dal S.r Airy. Con questa combinazione che fa vedere chiaramente le più minute parti degli oggetti di confronto che vi diedi, potrete mostrare agli artisti della grande Capitale cosa valga il vetro sommamente dispersivo che l'egregio fisico suo concittadino sa costruire.

E all'Astronomer Royal George Biddel Airy il 4 giugno successivo:

Il Dottor Robinson che ho avuto il piacere di conoscere quì mi ha procurato un pezzo di vetro di Faraday, che però non ho ancora ricevuto, simile a quello che voi graziosamente mi mandaste. Ma mi viene riferito che i più rinomati fabbricatori di microscopi a Londra ridono, forse pensando che con quel vetro non si possa ottenere ottimi risultamenti. Per dimostrare quanto sia vantaggiosa la sostanza che il celebre Faraday ha composta, ho preparato coll'antico vostro vetro una combinazione a cinque lenti destinata al Dr. Robinson che la farà vedere. Gli increduli potrebbero forse convertirsi.

Un altro documento è decisivo per comprendere questo passo nel perfezionamento del moderno microscopio acromatico. Si tratta della lettera di Amici a Ottaviano Fabrizio Mossotti del 25 ottobre 1855 (cfr. A. Meschiari, Corrispondenza di G. B. Amici con Ottaviano Fabrizio Mossotti, «Atti della Fondazione Giorgio Ronchi»,
5-1999):

Gli obbiettivi dei miei microscopi consistenti in sei lenti, tre di crown e tre di Flint, collate con balsamo del Canadà a due a due, sono eseguiti con una sola qualità di crown, ed una sola di Flint e riescono acromatici. Ma io trovai che le serie consistenti in tre coppie di lenti, come ho detto, non erano le più idonee per conseguire i maggiori ingrandimenti; segnatamente per essere la coppia inferiore verso l'oggetto troppo grossa, locché impedisce di ottenere brevissima la distanza focale del sistema, e grandissima la sua apertura. Allora pensai di sostituire alla coppia inferiore una lente semplice, cioè una mezza sfera, di una sostanza qualunque trasparente, sia crown, sia flint, rubino balascio, diamante, cristallo di rocca fuso &c, e di annichilare le aberrazioni di questa colle due coppie superiori convenientemente lavorate. Mi occorreva per questo un Flint di grandissimo potere dispersivo, che potei ottenere da Faraday colla mediazione di Airy. Gli ottici inglesi risero di questa domanda, ma quando nel 1844 feci loro vedere a Londra la superiorità della nuova costruzione si occuparono subito ad immitarla, e così fecero gli Americani: i Francesi non curandosene, o non comprendendo il miglioramento restarono addietro degli altri.

Nel suo Practical treatise on the use of the microscope John Quekett completa quanto asserito da Amici:

In the year 1844 Professor Amici visited this country, and brought with him an object-glass of one-seventh of an inch focal length, with an aperture of 112°; this combination was in part composed of Dr. Faraday's dense glass. Mr. Ross copied Amici's construction; but found the dense glass so exceedingly soft and fragile, as to render it unfit to receive the high polish essential to the correct performance of any object-glass: he also noticed that Amici's glasses were much tarnished; he then devised a new construction, whereby, with the ordinary dense glass, he obtained an aperture in the one-eight of 85°, and in the one-twelfth as high as 135°. More recently, Mr. Spencer, of New York, United States, sent to England an object-glass, equivalent to one-twelfth of an inch focal length, and transmitting a pencil of 172°.

La tecnica dell'immersione

Il contributo più importante dato da Amici al perfezionamento del moderno microscopio acromatico sta nell'introduzione della tecnica dell'immersione: in acqua nel 1847 e in diversi tipi di olio a partire dalla metà degli anni Cinquanta. Così l'8 gennaio 1856 egli spiegava il nuovo principio al micrografo M.r Mouchet di Rochefort sur mer:

Con la punta di un pennello di vajo si bagna la superficie esterna della lente inferiore in maniera che vi resti aderente una piccola goccia d'acqua di pioggia o meglio di acqua distillata. Un'altra goccia d'acqua si lascia cadere sulla lastra di vetro che copre l'oggetto microscopico. Quindi approssimando le due goccie si mette al punto di vista. L'oggetto si presenterà sempre ben definito, perché la somma della lama fluida e della lastra di vetro formerà in ogni caso una costante e medesima grossezza. E bene si comprende che se il fluido avesse la stessa forza refringente del vetro, (cosa che non si verifica servendosi di acqua) la precisione delle immagini degli oggetti microscopici sarebbe matematicamente uguale, qualunque fosse la grossezza delle lastre di vetro impiegate

Schema obbiettivo a immersione

Dal 1850 al 1853 le aperture delle serie di obbiettivi ad immersione in acqua passano dai 118° del microscopio Panciatichi ai 138° del microscopio Lehmann (1852) ai 140° del microscopio per l'Orto botanico di Modena (1852) ai 160° del microscopio Brachet (1853). Di quest'ultimo Amici scrisse:

L'autore crede che nessun'altra Serie costruita fino a questo momento dagli ottici sia altrettanto potente della Serie VI formata di sei sostanze di diversa forza refringente e dispersiva. E considerando la distanza di circa 0,4 che lascia fra l'inferiore obbiettivo e l'oggetto (distanza grandissima relativamente al suo fuoco 1 mm,74) con un'apertura di 160° pensa di avere esibito una prova della superiorità del principio da lui ideato.

Del 12 gennaio 1856 e dunque relativa ad un microscopio realizzato nel 1855 (per Roma) è la prima scheda tecnica conservata in cui si parla dell'immersione in olio (non è specificato quale). Il microscopio eseguito per Lenoir di Vienna (febbraio 1856) con 18 obbiettivi ha una serie V ad immersione in acqua, e una VI per la quale invece di acqua si usa « l'olio di papavero ben preparato bianco e limpido. In mancanza di quest'olio può supplirsi con olio di mandorle dolci » (indice di rifrazione dell'olio di papavero: 1,461). Nella scheda del microscopio Ercolani, che parrebbe essere precedente al 1855, si parla di immersione sotto olio di ricino e glicerina (indice di rifrazione della glicerina: 1,404).

Lo strumento riprodotto qui sopra e tuttora conservato presso il Museo per la Storia dell'Università di Pavia fu fornito da Amici nel 1857 alla Facoltà di Medicina e Chirurgia di quella Università per il Prof. Giacomo Sangalli (1821-1897), che vi insegnava Anatomia. Nell'aprile del 1999 questo microscopio fu sottoposto ad esame dal Dott. Gustavo Merico, che ne pubblicò i risultati (scarica il pdf).

I microscopi per l'Istituto Tecnico di Firenze e per il Dr. Lamartinière (1859) dispongono di una serie a immersione in glicerina. Quelli per il Prof. Gabbrielli a Siena (gennaio 1860) e per il Prof. Tommasi a Pavia (1860) dispongono di una serie a immersione in olio di ricino. Il microscopio per il Prof. Panizza a Pavia (maggio 1860) ha una serie sotto acqua e una sotto olio di anice (apertura 130°; indice di rifrazione dell'olio di anaci o anici: 1,561). Vi era pure un terzo obbiettivo di cristallo di rocca di minore apertura e serviva con olio di olivo (indice di rifrazione dell'olio d'olivo: 1,461). Il microscopio per il Prof. Tomati a Torino (novembre 1860) ha la serie VI sotto olio di noce purgato, un'apertura di 148° e molta distanza focale. Il microscopio per il Dr. Holdt (aprile 1862), qui riprodotto in fotografia, ha una serie ad immersione in olio di anaci e sassofrasso e un'apertura massima di 160°.

A proposito della miscela di anici con olivo Amici scrisse che «Con questi due olii si può comporre un fluido che abbia un indice di rifrazione perfettamente uguale all'indice del crown di cui è composto l'obbiettivo inferiore della Serie» (indice di rifrazione della miscela di olio d'olivo e anici: 1,496).

Test-objects usati da Amici

1826-1829: scaglie di Papilio Idas, Papilio Brassicae, Papilio Rapae, Phalena Pacta, peli del tarlo, ali di zanzara, tubi porosi del legno d abete.
1836-1838: Papilio brassicae, Bombyx Hera, ali di zanzara, Noctua Sponsa, Lepisma Sac., Papilio Argus, Papilio Janira, fibra muscolare della mosca.
1845: Noctua sponsa, Papilio janira, Farina fossile.
1847: Papilio hermion maschio, Papilio Argus, Tripoli di S. Fiora, Papilio janira femmina, Noctua Sponsa. Vetri di 0,15 mm. e 0,23 mm.
1850: Test-object inviato da Spencer: Grammatophora subtilissima. Rutherfurd invia: Grammatophora Marina di Cherbourg e Striatella unipunctata di Cherbourg. Amici gli manda della terra di Lillhaggsion.
1852: Navicolo Amici: il suo test difficile tanto a secco che sotto balsamo.
1856: Pleurosigma angulatum nel balsamo, Ceratoneis fasciola a secco, Grammatophora subtilissima, Navicula Amici nel balsamo, Tripoli di Eger che contiene Campylodiscus clypeus e una Navicula, e ancora Surirella gemma. A secco: sporule di Lycoperdon, squame di Hiparchia janira, squame di Lycaena, Pleurosigma angulatum, Striatella unipunctata Cherbourg. Sotto balsamo: Tripoli d'Eger, Grammatophora marina, Tripoli di Santa Fiora, Lapponia (che contiene la Navicula Amici ).
1857: Navicula Amici, Pleurosigma angulatum. Isthmia, Biddulphia, Campylodiscus, Amphora, Pleurosigma Cocconeis, Navicula, Grammatophora, Ceratoneis fasciola, Eunotia, Surirella gemma.

Un appunto autografo non datato, ma probabilmente dell'inizio degli anni Cinquanta, contiene preziose informazioni sul test adottato da Amici per valutare il potere separatore dei suoi obbiettivi da microscopio:

Nel Ceratoneis fasciola Test inglese il più difficile la cui lunghezza è di 0 mm,107 ho numerate duecento strie o linee trasversali comprese da un'estremità all'altra dell'oggetto: per conseguenza la distanza delle strie uguaglia 0 mm,000535.

Nel mio Test più delicato che si trova negli infusorii fossili di Lillhaggsion presso Umea in Svezia, ho contate 250 linee trasversali nella lunghezza di un individuo avente per misura 0 mm,073 per cui la distanza delle strie fra loro risulta di 0 mm,000292 cioè molto più serrate che quelle del Test inglese.

Le strie del mio test sono il limite di visione del mio microscopio, ed io per numerarle ho fatto la projezione del navicolo sopra un foglio di carta rigato assai fine e portato a tale distanza da sembrare le righe del foglio ugualmente vicine fra loro che quelle del navicolo vedute al microscopio. Quindi fra gli estremi della projezione mi è stato facile di numerare le linee comprese e segnate nel foglio di carta. Per quest'uso servono assai bene le linee segnate nei fondi di certe incisioni in rame, le quali sono equidistanti perché segnate a macchina.

Bustine di farina fossile (Eger Ehrenberg e Tripoli d'Aran) e accessori per microscopio

Microscopi Amici nella ricerca scientifica

Nel corso di quasi mezzo secolo, dal 1818 ai primi anni Sessanta dell’Ottocento, furono numerosi gli scienziati di levatura internazionale che si servirono di un microscopio Amici nelle loro ricerche. Nella seconda metà degli anni Venti a Parigi i botanici Adolphe Brongniart e Charles-François Brisseau Mirbel indagarono col suo mezzo la generazione e lo sviluppo dell’embrione nelle piante fanerogame, come già aveva incominciato a fare lo stesso Amici una volta in possesso del suo catadiottrico, scoprendo il "budello pollinico" nel 1822 e arrivando a descrivere con esattezza l'intero processo della fecondazione nelle piante fanerogame nel 1846. Studiarono la formazione dell'embrione vegetale con le sue ottiche anche i botanici tedeschi Hugo von Mohl a Tubinga intorno alla metà degli anni Quaranta, e Wilhelm Hofmeister a Lipsia negli anni Cinquanta.

Ancora a Parigi il microscopio polarizzatore di Amici servì alle indagini mineralogiche e cristallografiche di Pierre Armand Dufrénoy, professore di Geologia e direttore dell’École des Mines; allo studio delle proprietà ottiche birifrangenti dei cristalli di Alfred Des Cloizeaux, professore di Mineralogia all'École Normale Supérieure; agli studi sulla polarizzazione di Henri de Senarmont, professore di Mineralogia e direttore degli studi all’École des Mines, ingegnere capo delle miniere dal 1848.

Alla fine degli anni Cinquanta il medico boemo Wilhelm Dusan Lambl, collaboratore a Praga di Jan Evangelista Purkyn?, scoprì nel muco intestinale dell'uomo un parassita, che chiamò Cercomonas intestinalis (poi Lamblia intestinalis). Josef Hasner, professore ordinario di Oftalmologia all’Università di Praga dal 1856, ricevette un microscopio Amici l’anno successivo. Sempre nel 1857 acquistò un microscopio Amici il medico boemo August Breisky, dissettore nell’Istituto anatomico di Praga. Dallo stesso Lambl abbiamo notizia che il fisiologo Ernst Wilhlem Brücke di Vienna usava nel suo laboratorio i microscopi di Amici.

Negli anni Cinquanta si serviva di un microscopio Amici con obbiettivo a immersione e completo di apparecchio di polarizzazione Karl Gotthelf Lehmann, professore di Chimica fisiologica a Lipsia e poi a Jena. Negli stessi anni sempre a Lipsia lavorava con un microscopio Amici il fisiologo Otto Funke. Alla fine del 1859 Max Schultze, professore di Anatomia e Istologia a Bonn, impegnato nel perfezionamento della teoria cellulare, acquistò per l’Istituto anatomico di Bonn, di cui era direttore, un piccolo Microscopio di Amici simile a quello acquistato nel suo passaggio per Firenze nell'ottobre del 1858 da Christian Gottfried Ehrenberg.

A Messina fra il 1859 e il 1860 il giovane Ernst Haeckel indagò la struttura dei Radiolari nel plancton con un piccolo microscopio Amici montato su cassetta e dotato di obbiettivo a immersione in acqua.

Con un microscopio Amici lavorò all'Università di Utrecht Pieter Harting, professore di Farmacologia e fisiologia vegetale dal 1846, uno dei maggiori studiosi della storia del microscopio. Il fisiologo e oftalmologo Frans Cornelis Donders, che aveva veduto e apprezzato lo strumento posseduto da Harting, ne ricevette uno nel 1849 che mise al servizio dei progressi dell'anatomia patologica conferitagli in quella stessa Università.

Joachim Frederik Schouw, professore di Botanica all'Università di Copenhagen, corrispondente di Charles Darwin, interessato alla nuova scienza della fitogeografia, acquistò un microscopio acromatico di Amici nel 1829. Alla fine degli anni Cinquanta Jan Van Geuns, professore di Patologia alla Scuola di Medicina in Amsterdam, ne ricevette uno con obbiettivi a immersione in acqua e in olio di papavero (160° di apertura) e apparato di polarizzazione.

In Inghilterra Peter Mark Roget, medico londinese, professore di Fisiologia alla Royal Institution, membro e dal 1827 segretario della Royal Society dopo John Herschel, condusse le sue ricerche con un microscopio catadiottrico di Amici.

In Italia, oltre allo stesso Amici, si servirono del suo microscopio nelle loro ricerche scientifiche: Agostino Bassi e Balsamo Crivelli, Luigi Concato, Filippo De Filippi, Giuseppe De Notaris, Giovanni Battista Delponte, Salvadore Gabbrielli, Guglielmo Gasparrini, Carlo Grillenzoni, Pasquale Landi, Carlo Livi, Francesco Magni, Antonio Marcacci, Filippo Pacini, Luigi Paganucci, Bartolomeo Panizza, Giorgio Pellizzari, Luigi Rolando, Giacomo Sangalli, Salvatore Tommasi, Giampaolo Vlacovich, ecc. ecc.