SPECTROSCOPE

Description. — Pour les recherches chimiques, le spectroscope à un seul prisme de Duboscq (fig. 89.) est parfaitement suffisant. Un prisme réfringent en flint est placé sous le chapeau métallique P, de telle sorte que son arête soit verticale; sur ce prisme on fait tomber un pinceau de lumière au moyen du collimateur qui porte à son extrémité une fente dont on peut régler à volonté la largeur (fig. 95) avec une vis V, permettant de rapprocher le bord mobile a du bord fixe b. A l'autre extrémité du collimateur est placée une lentille convergente dont le foyer est sur la fente et qui renvoie parallèlement

sur le prisme les rayons émis par une flamme. Enfin, pour augmenter la dispersion, on s'arrange de manière telle que, lorsque les rayons se présentent pour sortir, ils subissent une réflexion totale et utilisent le second angle du prisme pour se disperser de nouveau avant d'être reçus dans une lunette A mobile autour d’un axe vertical; on peut orienter cette lunette de manière à y recevoir une portion déterminée plus ou moins étendue du spectre de la flamme considérée.

Si, en particulier, on vient à introduire dans une flamme d'alcool placée devant le collimateur de l’appareil une substance quelconque, du chlorure de lithium par exemple, on voit apparaître aussitôt de nombreuses raies colorées, mais comme d'autres substances peuvent en produire de même couleur, et distribuées d'une manière qui, au premier abord, peut paraître la même, il faut absolument, si l’on veut éviter la confusion, avoir sous les yeux en môme temps que les raies brillantes de la substance, une graduation fixe qui permette de déterminer la position de ces raies. On peut employer à cet effet un micromètre

Eig.

placé à l'extrémité d'un crllimateur 1$ et éclairé par une source f, dont en envoie l’image dans la lunette A. Les rayons qui sortent du collimateur, tombent sur une des faces du prisme, celle-là même qui est vis-à-vis la lunette A, se réfléchissent sur cette face qui fait miroir plan, pénètrent dans la lunette, et donnent une image virtuelle de la division micrométrique. En déplaçant légèrement dans un sens convenable le collimateur B, qui est mobile comme A, autour d’un axe vertical, il est possible de déplacer l’image du micromètre dans le champ de la lunette A; si alors, au moyen d’une substance type facile k se procurer et donnant une , raie caractéristique entre toutes, on amène la coïncidence entre un numéro, toujours le même, du micromètre et cette raie caractéristique, un spectroscope déterminé donne des indications qu'il est possible de rapporter à des observations antérieures ou suivantes. On sera bien en présence d’un appareil à graduation arbitraire, mais il sera susceptible de rendre de grands services puisqu’il permettra, une substance ayant été caractérisée une première fois, de la caractériser une seconde.

Il est clair que l’on peut observer simultanément un spectre et l’image du micromètre avec une infinité de positions relatives du prisme et des trois lunettes ; parmi toutes ces positions, il en est une plus avantageuse que les autres : en effet, l’image d’un point lumineux vu à travers un prisme se compose, en général, de deux lignes focales, et dans une position seulement, celle du minimum de déviation, ces deux lignes se réduisent à un point; pour avoir le maximum d’éclairement et de netteté, c’est donc dans cette position qu’il conviendra de se placer. Quant au micromètre, on le dispose de manière à obtenir un bon éclairage.

Réglage. — Supposons ces conditions réalisées ; on conçoit que des perturbations puissent se produire a la suite de dérangements accidentels : il faut donc pouvoir toujours revenir à la disposition primitive. A cet effet, on note les trois positions X, Y, Z occupées par les trois lunettes sur le limbe divisé d

Fig. 90.

l’instrument, et la division du micromètre qui co'incide avec le réticule de la lunette A; on enlève alors le prisme et on tourne celte lunette de manière à viser dans le collimateur du micromètre, puis on note la nouvelle position de U, et la. division du micromètre qui se projette sur le réticule; enfin rappelons-nous que la lunette A avait été primitivement dirigée sur le centre du limbe. Dès

lors, pour régler le spectroscope il suffit de répéter les opérations précédentes en ordre inverse : on. enlève le prisme, on le remplace par une pièce verticale de cuivre percée d’un trou étroit qui marque le centre du limbe, et on ajoute une lentille à la lunette A de manière à voir distinctement ce trou et à le faire coïncider avec le réticule; l'axe optique de la lunette est alors bien dirigé vers le centre du limbe. Cela fait, on amène A dans la position U, et C dans la position Z, puis on déplace le micromètre jusqu’à ce qu’on obtienne la coïncidence observée la première fois; il se trouve alors réglé. Enfin on donne à A et B les positions X et Y et on place le prisme de manière telle que l’image réfléchie du micromètre présente avec le réticule la coïncidence qu’on avait notée la première fois. Les trois lunettes, le prisme et le micromètre sont alors revenus à leurs premières positions, et les nouvelles mesures seront comparables aux anciennes.

Cela ne suffit évidemment pas; si les différents instruments, faits avec des prismes de verres inégalement réfrangibles, ne sont pas comparables, si d’autre part les spectres obtenus ne sont pas dispersés de la même façon, chaque observateur se trouvera enfermé dans ses observations personnelles sans pouvoir les comparer à celles des autres. Or, la dispersion est extrêmement variable d’un verre à un autre, comme le montrent les nombres suivants empruntés à l’ouvrage de M. Salet (1), qui donnent la position , sur un même micromètre, d’un certain nombre de raies du spectre solaire ;

Il est donc nécessaire d’avoir un terme de comparaison, et dans l’impossibilité où l’on est actuellement de fabriquer un verre identique à un verre donné, on eût été vraisemblablement obligé d’avoir recours aux spectres fournis par des liquides purs comme l’eau, si des instruments particuliers ne permettaient d'obtenir des spectres toujours identiques à eux-mêmes, qui peuvent être plus ou moins longs, mais dans lesquels le rapport des distances de deux raies du spectre solaire est toujours la même quelle que soit la valeur absolue de ces distances.

Nous n’entrerons ici dans aucun détail sur la manière de produire et d’observer les spectres de réseaux. Nous dirons seulement qu’Angstrôm a déterminé une fois pour toutes, et avec un soin extrême, les positions des raies du spectre solaire normal les unes par rapport aux autres, et que c’est à ce spectre normal qu’on a depuis lors rapporté les raies caractéristiques des différentes substances observées.

Le meilleur moyen pour passer dos raies observées avec un spectroscope quelconque aux positions correspondantes du spectre normal est l’emploi d’une construction graphique qui est la suivante :

Sur un papier quadrillé on trace deux axes rectangulaires, sur l’un des deux

(1) Traité élémentaire de spectroscopie. Masson, 1887.

on reporte les divisions du micromètre de 0 à tOOO, puis on produit dans l’appareil dès spectres très nets, ceux delà lithine, de la soude, etc., et pour cliacuu d’eux on relève la position d’une ou de plusieurs raies caractéristiques dont il est facile de trouver la longueur d'onde dans les tables de Tlialèn. On marque pour chacune d’elles un point dont l’ordonnée est la division du micromètre, et l’abscisse la longueur d’onde exprimée au moyen d’une unité convenue, chaque dividon du quadrillage représentant par exemple un millionième de millimètre. Quand on a obtenu ainsi un certain nombre de points dans les différentes parties du micromètre, on les réunit par un trait continu qui permet ensuite de mesurer rapidement la longueur d'onde d’une raie observée dans une position connue du micromètre, car elle est en effet l’abscisse du point correspondant de la courbe.

11 est bon de vérifier la courbe de temps en temps, à cause de l’influence de la température qui modifie un peu la dispersion du prisme.

Alanièi'e de peodiiire les spectres. — Nous nous limiterons, comme nous l'avons dit, à leur production au moyen d’une flamme qui, en général, est celle d’un bec de Bunsen (flg. 91). On la place devant la fente du

collimateur, à 8 ou 10 centimètres de distance, et on la recule latéralement jusqu’à ce qu’on aperçoive les raies que donne le cône intérieur; on ramène ensuite la lampe de côté jusqu’à ce que ees raies disparaissent presque coin-

plètement, le boi-d de la flamme est alors devant la fente, et c’est dans.cetle partie qu’on place la substance à examiner.

traie. Cela fait, on recule un peu la flamme, on y laisse arriver l’air, de manière à la rendre bleue, peu lumineuse et propre à recevoir les substances que l’on veut étudier.

Kirchoff et Bunsen introduisaient ces substances à l’état de sel volatil qu’on déposait sur un fil de platine préalablement recourbé de manière à former une boucle et flambé; mais si l’on a affaire à des substances très volatiles, la lueur fugace que l’on obtient ainsi ne se prête pas à une observation continue; on se sert alors soit de dispositifs qui, comme celui de Mitscherlich, permettent un afflux constant de solution saline dans la flamme (fig. 92), soit de pulvérisateurs de différentes formes tels que celui de Gouy (fig. 93). Signalons encore (fig. 94) • le régulateur du même physicien qui permet de mélanger le gaz et l’air comprimé dans les proportions convenables pour la combustion. Le gaz arrive en A, l’air en C; en E, le mélange contient excès d’air ou de gaz, mais en D la pression est la môme qu’en B, de sorte qu’en D' le mélange présente une composition constante.

Manière d’observer nn speetre. — Un spectre étant produit, il faut commencer par reporter sur un papier quadrillé ce qu’on voit dans l’oculaire; chaque raie est amenée sur le point de croisement du réticule dont le fil vertical indique la position correspondante sur le micromètre; la comparaison avec les tableaux de spectres ne vient qu’après. 11 est d’ailleurs bon de noter non seulement la position, mais aussi, dans la mesure du possible, l’intensité des raies; les bandes se classent en deux groupes : 1° celles qui sont symétriques, c’est-à-dire également dégradées à droite et à gauche; 2“ celles qui sont dissymétriques. Pour les premières, les observations se rapportent au centre de la bande; pour les secondes, à la partie la plus brillante.

Identification des speetees. — Quand on croit avoir reconnu dans une matière donnée la présence d’un élément connu, il est bon, pour constater l’identité de cet élément, de produire simultanément le spectre de la substance à analyser et celui de la matière qu’on y soupçonne, en essayant de faire coïncider les deux spectres ou de les placer verticalement l’un au-dessus de l’autre.

Fig.

de telle manière que si la substance cherchée est bien celle qu’on suppose, les raies des deux spectres soient dans le prolongement les unes des autres. On arrive facilement à celte superposition au moyen d’un dispositif très simple. La pièce F (fig. 93) porte à côté de la fente du collimateur un petit prisme à réflexion totale, p; on peut l’écarter de côté en le faisant tourner autour de

l’axe d, et alors il est sans usage, mais on peut aussi l’amener en face de la lente et lui en faire recouvrir la moitié; la lumière envoyée par le brûleur M dans lequel on produit le spectre de la substance étudiée ne parvient plus alors à la lunette que par la moitié inférieure de la fente, tandis qu’un deuxième bec M', placé latéralement, envoie de la lumière qui subit dans p une réflexion totale après laquelle elle pénètre en A. Si on place la substance connue dans la flamme du bec M, il sera possible de superposer les deux spectres.

Disons à ce propos que la largeur de la fente doit être modifiée avec l’intensité lumineuse de la source et aussi avec la région du spectre que l’on regarde; pour les parties les plus réfrangibles (bleu, indigo, violet, ultra-violet) qui sont peu brillantes, il faut une fente plus large que pour le rouge. On règle la largeur en produisant la raie jaune du sodium, mettant au point avec l’oculaire, et faisant manœuvrer la vis V jusqu’à ce que vu dans la lunette, l’écartement paraisse avoir de 6 à 8 dixièmes de millimètre environ.

Tuhes de Mermet. — MM. Delachanal et Mermet ont imaginé un dispositif simple, pour observer et surtout pour identifier les spectres, ce qui est le meilleur moyen de les comparer. Leur appareil est formé de tubes à essai ordinaires au fond desquels passe une électrode noyée dans un tube capillaire, de manière à être isolée du liquide qu’on y place. Le tube est fermé avec un bouchon que traverse la deuxième électrode, en sorte qu’on peut préparer d’avance et conserver ainsi toute une série de sels métalliques dont on produitle spectre instantanément au fur et à mesure des besoins. Le liquide monte par capillarité jusqu’à l’électrode inférieure, qui est toujours humide.

Malheureusement les spectres ainsi observés sont ceux, non pas dos métaux eux-mêmes, mais des composés employés; en outre, l’étincelle attaquant un peu le verre, les spectres ne sont pas purs. On atténue le premier inconvénient en se servant d’une dissolution saline, en général un chlorure, dont le spectre est connu.

Remarque. — Les méthodes précédentes sont quelquefois inapplicables quand il s’agit d’observer certaines flammes dont une faible portion seulement présente la couleur caractéristique de la matière soupçonnée; c’est ce qui arrive pour la recherche du soufre dans la flamme de l’hydrogène, l’axe de la flamme-prenant seul une coloration d’un bleu violet. Dans ces conditions, il faut agrandir l'espace où se produit la coloration, et comme cet espace correspond à la partie la plus froide, il suffit pour l’augmenter do refroidir la flamme : c’est ce qu’a réalisé M. Salet en l’écrasant sur une lame verticale de métal ou de marbre constamment refroidie par un courant d’eau (fig. 96), et en mettant la fente du collimateur dans un plan parallèle à la plaque refroidissante. Il a pu ainsi retrouver des traces de soufre.