POLARISATION ROTATOIRE

1481 . Prcmlrr» failli de polarlaatlon rolaloirc. — Qnarla perpenlUeulalre A l’axe. — llecevuiis sur un prisme de Nicol un rayon de lumière simple polarisée et faisons tourner le prisme jusqu'à ce que le rayon soit complélenienl éteint. Nous savons, d’après ce qui a été dit ('i 1479), qu’à ce moment la section principale de l’analyseur est parallèle au plan de polarisation du rayon. — Le prisme est enchâssé dans un anneau de cuivre portant une alidade qui se déplace sur un cercle ^'radué fixe; on peut ainsi, dans chaque expérience nouvelle, noter la position exacte du zéro de l’alidade sur la graduation du limbe. — Mettons le zéro de l’alidade eu coïncidence avec le zéro de la grailualion. Cela fait, inler|K)seiis sur le trajet du même rayon polarisé, avant qu’il ne pénétre dans l'analyseur, et perpendiculairement à sa direction, une lame de quartz taillée perpendiculairement à Taxe et d'une épaisseurde quelques millimétrés. Nous rcconuaitroiis aussitôt que leNicol, qui n’a pas bougé, n’éleint plus le rayon lumineux. Ce rayon est pourtant encore polarisé; c’est son plan de polarisation qui seul a diangé; car en faisant tourner l’analyseur dans un sens convenable, on finit par éteindre de nouveau complètement le faisceau transmis. — Ce fait est en opposition évidente avec les lois connues de la double réfracliüii. — Puisque la lame de quartz est perpendiculaire à l’axe, le plan d'incidence du faisceau polarisé sur celle lame est nécessairement une sMlion principale; donc le plan primitif de polarisation du rayon n’eût Iniiiit dû être modifié par sou passage dans le quartz. .Avec le spath et les autres cristaux birérringenls, les choses se seraient passées ainsi.

494 <4ITIQliK

Nous sommes donc conduits à reconnaître que le quartz offre une eireption aux lois ordinaires de la polarisation de la lumière. Dans les conditions qui viennent d'ètre indiquées, il exerce une action toute spéciale sur le rayon polarisé qu’il transmet, il fait tourner d’une certaine quantité son plan de |H>larisalion. Cette rotation est du reste trés-notable. — Des|mesures exactes ont prouvé qu’une lame de quartz perpendiculaire à l’axe, d’un millimétré d’épaisseur, fait tourner le plan de polarisation du rouge extrême de 17", 496.

1482. i.ol>i experlmeataiem ile Biot. — Biot a poursuivi les recherches commencées par Arago et a découvert les lois des phénomènes, dits de pdarimtion rotatoire. L’appareil qu’il a employé est analogue, pour les dispositions, à celui que nous avons figuré ci-contre et qui est con-

struit par M. Üuhoseq. Le polariseur est une glace non étaniée M placée sous l’angle convenable. L’analyseur contenu dans le tube L est, ou un prisme de Nicol, ou un prisme de spath biréfringent dont la monture entraîne avec elle une alidade qui permet d’estimer A chaque inslanl sur un cercle gradué fixe C l’angle que fait la section principale de l'analyseur avec le plan primitif de |>olarisation. Entre le polariseur el l’analyseur est un tube de cuivre T, muni de diaphragmes; enfin les lames de quartz fixées dans des anneaux métalliques peuvent être places dans une ilireclion perpendiculaire a l’axe de l'appareil.

101,\KISAÏI(»!S RüTAKtIHE.

Kiul a déiuonlré : 1" Que les laines de quartz taillées perpendiciilaireluent à l'axe font éprouver au plan de polarisation du rayon de lumière simple qui les traverse une rotation proportionnelle à leur é|>aisseur; — ^ Que, suivant récliaiitillon choisi, le quartz fait tourner à droite ou tourner à gauche le plan de polarisation de la lumière. Les cristaux du premier groupe sont nommés dextrogyres, ceux du second Ixvogyres. Dans tous les cas, une épaisseur constante de quartz, 1 millimètre, par exemple, fait tourner, quel que soit le sens, d'un même nombre de degrés, le plan de polarisation d'un même rayon simple. Il suit de là, et l'expérience le confirme, qu'en superposant, dans un ordre quelconque, des plaques de quartz perpendiculaires, les unes dextrogyres, les autres lævogyres, la rotation observée est la somme algébrique des rotations individuelles de chaque lame ; — 4" La rotation produite par une lame de quartz domiéc dépend de la réfrangibilité du rayon lumineux que l'on emploie ; elle croit avec la réfrangibilité de ce rayon, et est inversement proportionnelle au carré d'une certaine quantité con stante pour chaque lumière homogène, et que nous apprendrons bientôt à cuiinaitre et à mesurer, sous le nom de longueur d'onde. Tandis que pour le rouge extrême elle est de 17“,496, pour le violet extrême elle est de 44», 085.

Une conséquence importante se déduit de cette dernière loi : c'est que si l'on fait tomber, sur la lame de quartz perpendiculaire, un faisceau IKilarisé de lumière blanche et qu'on prenne pour analyseur un prisme de spath achromatisé, on doit obtenir deux images colorées complémentaires. Eu effet, les plans de polarisation des dilTérenls rayons de luiiiière simple qui, par leur ensemble, forment la lumière blanche se li'uuvent inégalement déviés par le quartz; par suite chacune des deux images que donne le spath sera formée par des proportions diverses de ses différents rayons simples. Il y aura donc une coloration nécessaire. De plus, la portion de chaque faisceau de lumière homogène qui manque dans l'image ordinaire se retrouve nécessairement dans l'image extraordinaire; par suite les deux images doivent être complénieiitaires.

On remarque en outre, que si la section principale de l’analyseur garde une position invariable, par rapport au plan de polarisation du faisceau lumineux, on peut faire tourner impunément la lame de quartz perpendiculaire autour de l’axe de figure de f'appareil, les teintes des deux images ne changent pas. Si, au contraire, le cristal demeurant immobile, on imprime un mouvement de rotation à ranulyseiir, les coluralions

Ol'TlQUE.

des images changent d’une manière continue, tout en restant coinpli^ inentaircs. Dans aucun cas, quelle que soit la rotation de l'analyseur, il n’est possible d'éteindre aucune des deux images.

1483. Teinte ■enaibie. — Celte extinction complète n’a lieu que lors qu’on a recours à un faisceau polarisé constitué par une lumière simple. Quand on emploie de la lumière blanche, on ne peut plus éteindre le faisceau; mais, dans ce cas particulier, on constate le fait suivant découvert par Biot, et qui a son importance dans la prati(|ue. BreuoDs d’abord comme lumière simple polarisée le jaune moyen ; nous la recevons sur un prisme biréfringent que nous faisons tourner jusqu’à l’extinction complète de l'image extraordinaire. Interposons ensuite une

' lame de quartz perpendiculaire, d’un millimètre d’épaisseur. .Nous le savons, l’extinclion de l’image extraordinaire n’a plus lieu et pour la produire de nouveau il faut faire tourner l’analyseur de 24“,50. Cette rotation effectuée, substituons à la lumière jaune un faisceau de lumière blanche polarisée dans le même plan, cl laissons l'analyseur dans la position qui vient de lui être donnée, l/image extraordinaire fournie par l'analyseur ne sera plus éteinte, il est vrai, mais elle aura acquis son minimum d’intensité, elle aura pris une nuance gris de tin, fleur de pécher, toujours facile à reconnaître ; elle est formée par un mélange de rouge, de bleu et de violet et elle olfré ce caractère, que pour la plus petite rotation de l’analyseur elle vire immédiatement au rouge on au bleu, suivant qu’on fait tourner celui-ci de gauche à droite ou de droite à gauche. On l’a nommée, à cause de la variation brusque de couleur i|u'elle subit quand on fait mouvoir l’analyseur, même d’une très-petite quantité. teinte sensible ou teinte de passage. L’emploi de la teinte sensible a cet avantage qu’il est très-facile d’estimer avec précision sur le cercle gradué de l’appareil, à quel azimut elle correspond, tandis que lorsqu'on veut procéder à l'extinction de l’image extraordinaire pour une lumière simple, l’analyseur peut être déplacé un peu plus à droite, un peu ])lus à gauche, sans que l’extinction paraisse sensiblement modifiée. Il y a donc, dans ce dernier cas, indécision sur razimut véritable aii- (luel doit correspondre la section principale de l’analyseur.

1484. bulMtanc«» douée» d'un pouvoir rolutoire. — Le cristal de roche ou acide silicique crislallisé doit l’action rotatoire qu’il exerce sur le rayon polarisé à sa texture cristalline. La molécule même du quartz ne la possède en aucune façon ; aussi quand on fait dissoudre la silia' dans un liquide quelconque, quand on . la prend sous forme d’hydrate, i|nand on l’exaniMie à l’étal d’agal", de cornaline, d’opale, etc., on ne

roLAUlSATlON BOTATOIRE.

découvre en elle aucune propriété rotatoire. Parmi les substances minérales on n'en connaît que trois ; le cinabre (sulfure de mercure cristallisé), \e chlorate et le bromate de soude cristallisés, qui produisent sur la lumière polarisée une action du même genre que le quartz. Du reste, quand on veut comparer l’action rotatoire exercée par un corps solide actif à celle du quartz, on cherche sous quelle épaisseur x le corps eu i|uestion imprimerait au plan de polarisation d'un rayon simple la même rotation qu'une plaque de quartz d'un millimètre d’épaisseur. Pour cela on prend la substance à étudier sous une épaisseur connue E, et on mesure de quel angle il faut faire tourner l’analyseur, disposé comme il a été dit plus haut (g 1485) pour faire apparaître la teinte sensible. Soit a l'angle de rotation observé, on aura, en appliquant la première loi dé-

couverte par Biot • ^ = -j- ou x — E — —

1 485. Ponvoir routtoire moléculaire. — Le mode de groupement des molécules dans un cristal parait être la cause déterminante de l’action rotatoire que ce cristal exerce sur un rayon polarisé ; c'est précisément le cas que nous venons d’examiner, et au sujet duquel ont été établies les lois précédentes. Mais cette même faculté peut appartenir à la molécule élémentaire d'une substance, en dehors de tout phénomène de cristallisation. Les faits de oc genre sont très- nombreux. Les corps dont la molécule présente cette aptitude à faire tourner le plan de polarisation sont en nombre considérable. On peut même dire, qu’à part un trèspetit nombre d’exceptions, les matières de composition définie, les principes immédiats qui ont pris naissance dans les corps organisés sous l’influence de la vie, jouissent du pouvoir rotatoire moléculaire. Ainsi les différentes essences : de térébenthine, de citron, de lavande, etc.; les acides organiques, tels que les acides tartrique,malique, etc. ; l’amidon, la dextrine et les sucres ; les alcaloïdes végétaux : quinine, cinchonine, et enfin plusieurs liquides aniinau.\ manifestent le pouvoir rotatoire. Le fait remarquable présenté par les différents échantillons de quartz de faire tourner les uns adroite, les autres à gauche, le plan depolarisation de la lumière se retrouve encore ici. Parmi ces corps à pouvoir rotatoire moléculaire, les uns sont dextrogyres, les autres sont lævogyres. Au reste, les lois découvertes par Biot trouvent encore leur vérification dans cette classe de substances, et en particulier I action rotatoire exercée sur un rayon simple polarisé est toujours proportionnelle à l’épaisseur. En renfermant successivement le même liquide, Eessence de térébenthine, dans des tubes de longueurs diverses, faisant passer le faisceau polarisé Il 59

498 ' OPTWÜE.

suivant l'axe des tubes et mesui'ant chaque fois l’angle de rotation, la loi de proportionnalité se vérifie aisément.

1486. Une difficulté se présente quand le corps à étudier, au point de vue qui nous occupe, est solide et ne peut être examiné qu'après sa dissolution préalable dans un liquide approprié. On choisit alors, comme dissolvant, un liquide inactif : l’eau, l'alcool, et l’on reconnaît encore que le pouvoir rotatoire de la solution est toujours proportionnel A la quantité absolue de la substance active placée sur le trajet du faisceau polarisé. Ainsi, quand on prend deux dissolutions de quinine dans l’alcool, contenant pour le même volume de la liqueur l’une un poids 1 de l’alcaloïde, l’autre un poids 2 ; on trouve que, employées sous la môme épaisseur, elles font tourner le plan de polarisation d’un rayon simple

de quantités angulaires (pu varient dans le rapport^

1 487. Pouvoir rotatoire opéciAque de* aobataneea aetlvea aoloMra daiM an Uqaide laaetif. — M. Biot a défini le pouvoir rotatoire moléculaire de la manière suivante : C’est l’angle de déviation que la substance examinée imprime au plan depolarisation des rayons rouges, quand on la prend sous une épaisseur de 1 millimètre et avec une densité égale à l'unité. Il est dès lors possible de donner une évaluation numérique de ce caractère spécifique pour chaque substance active. — Ainsi prenons une dissolution d’un poids p de la substance active dans un poids p' d’un dissolvant inactif ; il suffira, en premier lieu, de connaître le rapport

^•puis la densité d de la dissolution. En second lieu, à l'aide de l’appareil

de Biot déjà décrit, nous mesurerons l’angle a de déviation imprimée au plan de polarisation du rayon rouge par un tube de longueur l rempli de cette dissolution. — La déviation qu’aurait donnée une longueur de

I millimètre eût été y Reste à savoir ce qu'eût été la déviation pour

une densité égale à 1 de la matière active considérée seule. Or, le poids du corps actif et de son dissolvant étant p-\-p', le volume correspondant

de la dissolution est c’est aussi le volume de la substance active

considérée seule, les molécules qui la composent gardant leurs places actuelles. La densité vraie de cette substance active est le rap()ort de

son poids p à son volume - ou La question est donc ram(“

née à ceci ; La déviation angulaire produite par 1 inillimètre de la substance active est p. sa densité étant quelle eût été la déviation

l’OUKISATlüN RüTATUlRE.

X pour une densité égaie à 1 ? On aura, par une simple proportion.

i pd ’

là

Mais c'est le pouvoir rotatoire de la solution ; donc le pouvoir rotatoire moléculaire de la substance active s'obtiendra en multipliant celui de la solution par le facteur (1 +r), r étant le rapport ^ du poids du

dissolvant inactif à celui de la substance active employée.

1488. KMcharimétrie. HacehariniMnt d« SIM. Soleil et Doboscq. — La détermination des pouvoirs rotatoires des sucres a une grande uUlité au point de vue industriel, car la richesse saccharine d'un sucre brut est évidemment liée à son pouvoir rotatoire. Avec un appareil de polarisation convenable, on peut, en quelques instants, estimer dans un sucre du commerce, qui est un mélange de substances très-diverses, actives et inactives, la quantité absolue de sucre cristallisable qui s'y trouve, c’est-à-dire obtenir la valeur commerciale du produit.

On pourrait employer à cet usage l’appareil de Biol que nous avons déjà décrit (1482); mais MM. Soleil et Duboscq ont construit un appareil spécial . 743) nommé sacc/iorim^tre, qui permet d’arriver, sans aucun calcul, à l'appréciation exacte et rapide de la richesse saccharine d'un sucre quelconque du commerce. Cet appareil n’est autre, quant à sesdispositions principales, que celui que nous venons de décrire (gl482). Pour en faire un saccharimèlre , il suffit de remplacer le tube L par le tube r, et la glace noire M par le tube T" . Voici le principe de sa construction ; L'n faisceau de lumière naturelle, fourni par une lampe, traverse un prisme de Nicol P' placé dans le tube T", et qui sert de polariseur, puis une plaque de quartz Q' dite plaque à deux rotaiions constituée de la manière suivante. — Elle est formée de deux demi-disques de quartz juxtaposés, suivant un diamètre commun, d'égale épaisseur et appartenant l'un à un échantillon dextrogtfre, l'autre à un cristal lævogyre. Comme la valeur absolue du pouvoir rotatoire du quartz est constante, quand l’épaisseur est la même, quel que soit le sens de la rotation, nous devrons avoir la même dispersion des couleurs simples dans les deux demi-disques d’égale épaisseur. — La section principale de l’analyseur oculaire P étant parallèle ou perpendiculaire à celle du polariseur, les deux demidisques nous offriront une coloration identique, ils constitueront comme une plaque circulaire unique d’une teinte parfaitement uniforme dans

500 OPTIOUE.

tous srs points. De plus, l'épaisseur de ces demi-disques a été choisie telle que la teinte commune obtenue dans les conditions qui viennent d’étre indiquées soit précisément celle de la teinte sensible. Cette épaisseur doit

être de 5“"", 77. quand les sections principales de l'analyseur et du polariseur sont perpendiculaires et de 7'“°’, 5 quand elles sont parallèles. Celte disposition étant adoptée, il est évident que si, sur le trajet du faisceau polarisé qui a traversé la plaque à deux rotations, nous plaçons une colonne T d’un liquide actif tournant à droite ou à gauche, son action rotative augmentera d'autant celle du deini-disque qui tourne dans le même sens, et diminuera d’autant celle du demi-disque qui tourne en sens inverse ; nous aurons alors deux teintes Irés-différentes pour

t-'ig. "13.

IHIURlSATiniN ROTATOIRK.

MM

l«>s deux portions de la plaque. Üonc, In propriété rotatoire du liquide essayé sera déjà mise en évidence, alors même qu’elle serait très-faible.

1489. Con^MMiear. — Ce n’est pas tout : il faut évaluer l'intensité de l'action rotatoire du liquide employé, et pour cela chercher quelle serait l'épaisseur de la lame de quartz de rotation inverse qui équivaudrait à la colonne de liquide employée. MM. Soleil et Duboscq ont imaginé à cet effet un compensateur l/Q fig. 74S) dont voici la disposition. Sur le trajet du faisceau qui a parcouru successivement lepolariseur, la plaque à deux rotations et le tube plein du liquide à examiner, ils placent une plaque de quartz dextrogyre Q de 3 millimètres d'épaisseur, puis une plaque de quartz lævogyre L' d'une épaisseur variable, au gré de l'opérateur, depuis 3 jusqu'à 4 millimétrés. Cette dernière plaque est formée de deux prismes triangulaires de quartz tournant dans le même sens, présentant le même angle trés-aigu, pouvant glisser l’un sur l’autre, de manière à ce que les faces d'entrée et de sortie de la lumière dans le système des deux prismes soient parallèles. Chaque prisme est individuellement achromatisé par un prisme de verre. Par la manière dont les deux prismes sont disposés dans leur monture M', l'opérateur a la faculté de rendre l'épaisseur du système qu'ils constituent variable à son gré; il n’a qu'à faire glisser les deux lames l'une sur l'autre à l'aide d'un pignon. Une graduation marquée sur la monture du compensateur, le long de laquelle se meut un index ou repère porté par la lame mobile, permet d'apprécier l'épaisseur de quartz lævogyre employée. Si les deux prismes ont une position telle que l’épaisseur du système lævogyre soit de 3 millimètres, alors il .se produit une compensation exacte de l'effet produit par la lame dextrogyre, c’est comme si le compensateur n'existait pas. Le repère porté par l'alidadeest alors en regard du zéro de la graduation. Si par le mouvement du pignon on diminue l'épaisseur du système, l’action du quartz dextrogyre reprend la prépondérance; si par un mouvement inverse on augmente l’épaisseur, c’est l’elîet du quartz lævogyre qui est dominant.

1490. Emploi du Maociiariinétre. — On peut Comprendre maintenant très-bien le mode d’emploi de l’instrumeni. Le tube médian T étant rempli d’eau pure, on met au point, c’est-à-dire qu'aprés avoir amené le compensateur au zéro, on vérifie, en plaçant l’œil à l’extrémité O, derrière l'analyseur P', que la plaque à deux rotations Q' offre bien une teinte uniforme, celle de la teinte sensible. I>a mise au point se réalise très-bien par l'emploi de la petite lunette de Galilée T', dont les deux verres sont figurés en A et D; cette lunette est placée en avant de l’appa-

502 OlTKiUE.

reil, et l’on peut à volonté faire mouvoir son oculaire. On arrive ainsi â distinguer nettement, quelle que soit la distance de la vision distincte, l’image de la ligne de séparation des deux demi-disques sur la plaque à deux rotations. On substitue alors au tube plein d’eau un tube de même longueur rempli de la dissolution sucrée. Cette dissolution doit être, autant que possible, parfaitement incolore. Aussitôt l’image de l’un des disques passe au rouge, celle de l’autre passe au bleu . On agit à ce moment sur le pignon du compensateur, et le sens suivant lequel on est obligé de le faire tounier pour ramener les deux images à acquérir une teinte uniforme indique déjà si la liqueur soumise à l’essai est dextrogyre ou lævogyre. Quand la teinte sensible réparait identique sur les deux demidisques, on lit sur la graduation la position du repère, et l’on a l’épaisseur de quartz équivalente à la colonne du liquide actif interposée. Des essais préalables faits sur des liqueurs saccharines titrées avec soin permettent de déduire immédiatement du chiffre obtenu, la valeur numérique qui exprime la richesse saccharine de la solution.

Le prisme biréfringent achromatique K et la lame de quartz perpendiculaire à l’axe l forment un système qui a pour but de donner aux images obtenues la teinte la plus convenable dans les expériences.