PROCÉDÉ D’ANALYSE DES SUCRES BASÉ SUR LEURS PROPRIÉTÉS OPTIQUES

On se sert pour les déterminations nécessaires au dosage des sucres, par ce procédé, d’appareils appelés polarimètres ou saccharimètres ; avant d’indiquer le mode d’emploi de ces instruments, nous rappellerons succinctement ce qu’on entend par polarisation.

On admet, dans la théorie des ondulations, que la lumière est le résultat des vibrations qu’éprouve l’éther ; on démontre en physique que les molécules d’éther se déplacent toutes en ligne droite, de sorte que dans le mouvement ondulatoire qui s’opère sur une sinusoïde, chacune des molécules prend, immédiatement après celle qui la précède, la même position qu’occupait cette dernière, dans le sens même de la marche du rayon. On dit que dans ce système d’émission, qui est celui de la lumière ordinaire, les molécules lumineuses prennent des pôles et s’orientent dans une même direction, à la façon des aimants. D’où le mot polarisation.

On dit qu’un rayon de lumière ordinaire est polarisé quand, ayant subi, dans sa nature intime, une modification particulière, il a perdu plus ou moins la propriété de se réfléchir de nouveau.

Parmi les causes nombreuses qui peuvent produire la polarisation d’un rayon lumineux, on distingue : l’électricité, la réflexion, la réfraction, la double réfraction, etc. La saccharimétrie optique est basée sur la polarisation par réflexion simple et sur la polarisation par double réfraction.

Polarisation par réflexion simple. — Si nous faisons tomber sous un angle d’incidence de 35° 25' un rayon de lumière ordinaire sur une glace de verre, ce rayon perd la propriété de se réfléchir sous une même incidence surfine seconde plaque de verre, dont le plan est perpendiculaire à la première ; ce rayon est polarisé par réflexion, et il s’éclairera d’autant plus que les deux plans qui le réfléchissent se rapprocheront du parallélisme, tandis qu’au contraire, si l’on fait tourner une des glaces, de façon que les deux plans soient perpendiculaires, le rayon ne sera plus réfléchi par la seconde plaque de verre et il s’éteindra de nouveau.

On appelle angle de polarisation, l’angle que fait le rayon incident avec la surface polie qui le reçoit, lorsque le rayon réfléchi est perpendiculaire au rayon réfracté, ou, autrement dit, lorsque le rayon réfléchi est complètement polarisé. Nous venons de voir que cet angle est de 33° 25' pour le verre; rappelons que cet angle varie avec la nature de la substance réfléchissante.

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Polarisation par réfraction simple. — Un rayon lumineux passant d'un milieu homogène et transparent dans un autre milieu également homogène et transparent, modifie sa direction chaque fois que ce passage ne s’opère pas normalement à la surface de séparation des deux milieux et ce rayon se trouve polarisé. La déviation du rayon réfracté s’opère suivant des lois spéciales.

Polarisation par double réfraction. — Un corps présente le phénomène de la double réfraction, quand un rayon lumineux qui le traverse, se dédouble en deux rayons distincts : l’un est appelé rayon ordinaire, parce qu’il suit les lois de la réfraction ordinaire, l’autre se nomme rayon extraordinaire et suit des lois particulières (lois de Huygens).

Le phénomène peut s’obtenir en faisant passer un rayon au travers d’un cristal de spath d’Islande.

En ce cas, pour reconnaître le fait de la polarisation, on se sert de l’éclat plus ou moins grand que ces rayons possèdent, quand on les reçoit sur une lame de verre et sous un angle dé 35° 25', et cela en variant la position du plan de réflexion, sans modifier l’angle d’incidence.

On obtient généralement la lumière polarisée par double réfraction, à l’aide d’un rhomboèdre de spath d’Islande, clivé de telle façon que ses quatre arêtes. latérales aient une longueur égale à celle de l’arête de base multipliée par 3,7. On scie ce cristal suivant ses grandes diagonales et les deux surfaces de section sont appliquées l’une sur l’autre, à l’aide du baume de Canada dont l’indice de réfraction est compris entre 1,654 et 1,483, indices de réfraction du rayon ordinaire et du rayon extraordinaire. Ce prisme porte le nom de Nicol, c’est celui de son inventeur.

Si l’on fait passer un rayon de lumière au travers de ce prisme, et dans le sens de sa longueur, on aura une double réfraction: l’un des rayons polarisés, le rayon ordinaire, subit les lois ordinaires et est rejeté en dehors du prisme, puis le rayon extraordinaire traverse le prisme en conservant ses propriétés de rayon polarisé.

Polarisation rotatoire. — Si, entre deux miroirs disposés de façon à ce que la lumière polarisée par le premier soit éteinte par le second, nous plaçons une lamelle biréfringente de quartz, taillée perpendiculairement à l’axe du cristal dont elle provient, les rayons lumineux reparaîtront. En pénétrant dans cette lame, le faisceau de lumière se décomposera, en effet, en deux nouveaux faisceaux polarisés, tous deux circulairement et se propageant ensemble dans le cristal, mais avec des vitesses différentes. En sortant de cette lamelle, les deux faisceaux seront réunis et alors le faisceau régénéré se trouve polarisé dans un autre plan que le faisceau primitif. On dit alors que le plan de polarisation a tourné d’un certain angle.

Si nous plaçons cette lame de quartz entre deux prismes de Nicol, le même effet se produira, et ces faits constituent ce qu’on nomme polarisation rotatoire.

Tous les polarimètres sont pourvus de deux prismes, ordinairement de même nature; l’un, appelé polar iseur, est destiné à polariser la lumière; le second, l’analyseur, sert à reconnaître l’angle de polarisation ou de rotation ; cet angle est déterminé dans les instruments en faisant tourner l’analyseur.

Biot a démontré que la rotation qu’éprouve le plan de polarisation est pro-

portionnelle à l’épaisseur de la lame de quartz interposée, de même que le plan de polarisation peut être dévié soit à droite, soit à gauche, suivant la nature du quartz employé, certains cristaux ayant leurs facettes hémiédriques tournées à droite, d’autres les ayant tournées à gauche. La première nature de quartz est dite dextrogyre et la seconde lévogyre.

Biot a également démontré que, pour les deux variétés de quartz, les lames de même épaisseur produisent des déviations égales, mais de signe contraire.

Le quartz n’est pas la seule substance capable de faire tourner le plan de polarisation ; certains composés minéraux et certaines matières organiques possèdent cette propriété. Les sucres, en particulier, agissent sur la lumière polarisée à la manière du quartz et chacun dans des proportions et dans des sens particuliers, d'où un moyen de les doser.

Des saccharimètres et des polarimétres. — [.es polarimètres sont des instruments destinés à mesurer l’angle de rotation imprimée au plan de la lumière polarisée par une substance active; les saccharimètres sont plus spécialement destinés à exprimer, à l’aide d’une échelle spéciale, les richesses des dissolutions de sucres.

Dans les polarimètres, on mesure directement la déviation imprimée au plan de polarisation par la solution active; dans les saccharimètres, eette action est compensée par un quartz de pouvoir contraire et d’épaisseur variable.

Saccharimètre dé Soleil. — Parmi les saccharimètres, celui de Soleil est le plus usité de ceux qui ont été construits, en modifiant plus ou moins l’ancien polarimètre de Mitscherlich. Il se compose d’un prisme achromatique de Nicol qui sert de polariseur; le rayon lumineux est, au sortir de ce prisme, reçu par une plaque de quartz formée de deux demi-disques, dont l’un est lévogyre et l’autre dextrogyre; puis vient le tube contenant la liqueur à examiner; à sa suite, dans la seconde partie de l’instrument, et toujours dans l’ordre que nous indiquons, un compensateur formé d’une plaque de quartz d’épaisseur déterminée et de deux coins de quartz dont l’un est lévogyre, l’autre dextrogyre, mais de même épaisseur, et pouvant être déplacés parallèlement au moyen d’un mécanisme mû par un bouton. Vient ensuite un prisme biréfringent et achromatisé, qui reproduit la teiute sensible et une lame de quartz perpendiculaire, puis le prisme de Nicol, analyseur, suivi d’une lunette de Galilée.

Pour faire l’observation, on interpose un tube plein d’eau sur le trajet des rayons lumineux, puis à l’aide du bouton placé sous la règle en ivoire, on amène le compensateur au zéro. Après avoir mis au point sur la ligne de séparation des demi-disques, en tirant plus ou moins l’oculaire, puis tournant la molette qui se trouve en avant du compensateur, on recherche la teinte sensible qui est, selon les observateurs, le jaune chamois ou le bleu violacé.

Cela fait, on établit l’identité parfaite de la nuance des demi-disques en tournant la molette horizontale qui se trouve à l’extrémité gauche de la règle; l’appareil est alors prêt à servir.

On remplace le tube plein d’eau par un tube contenant le liquide actif; on remarque alors que les deux demi-disques offrent une teinte différente; pour rétablir légalité de teinte, on tournera le bouton du compensateur, jusqu’à ce

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que celte égalité soit rétablie; on lira sur la règle du compensateur le nombre de degrés saccharimétriques, lequel indiquera les centièmes de sucre.

Il est à remarquer que le saccharimètre Soleil permet d’opérer à l’aide d’une lampe ou d’un bec de gaz, c'est-à-dire avec une lumière blanche.

Polarimètre de M. Laurent. — Le saccharimètre oblige à de grandes précautions et son maniement n’est pas très facile; aussi est-il presque partout remplacé par les polarimètres à pénombre, soit celui de Duboscq, dans lequel le polariseur est un prisme de Jellet perfectionné par MM. Duboscq et Cornu, soit celui de M. Laurent. Ces appareils sont aussi appelés polarimètres à pénombre.

Ce dernier est le plus répandu, au moins en France.

Ces instruments exigent l’emploi d’une lumière monochromatique; on se sert généralement de la flamme du sodium.

Le polarimètre Laurent est ainsi disposé: un brûleur qui consiste en un bec Bunsen, surmonté d’une cheminée; à l’un des montants de la cheminée se trouve un godet ou cuiller en fil de platine, réuni à un gros fil de même métal ; on place dans ce godet du chlorure de sodium fondu qui, après fusion, grimpe le long du bord du godet, de sorte qu’on obtient une flamme jaune très brillante. La cuiller doit être placée sur le côté de la flamme, le bord relevé baignant dans la partie violette de la flamme.

Le rayon lumineux traverse d’abord une dissolution de bichromate de potasse destiné à absorber les rayons violets et bleus; à la suite se trouve le polariseür formé d’un prisme lenticulaire de verre, dont la partie convexe est tournée vers la flamme, et de deux pièces réunies de façon à former un prisme triangulaire de spath ; ce prisme est destiné à achromaliser les rayons, et, en même temps, à les rassembler en un faisceau parallèle. Le rayon ordinaire ne traverse pas le prisme, mais est rejeté de côté et arrêté par des diaphragmes.

Le polariseur est disposé de façon à pouvoir tourner autour de l’axe de l’appai’eil ; après lui, vient un diaphragme portant une lame de quartz taillée parallèlement à son axe optique, et dont l’épaisseur est. d’une demi-onde pour les rayons jaunes; elle ne recouvre que la moitié du diaphragme; vient après, 1 intervalle nécessaire à l’interposition du tube, puis un autre diaphragme; un Nicol analyseur et une lunette de Galilée. Le Nicol analyseur et l’objectif sont montés sur une alidade à vernier, qui tourne autour de l’axe de l’appareil, sur un cadran portant deux graduations : l’une spéciale au sucre, c’est celle qui est à la partie inférieure du cadran, et l’autre, en demi-degrés qui peut servir pour les substances quelconques. Un miroir renvoie la lumière sur les divisions et audessous de lui, une loupe sert à en faire la lecture.

Pour mettre l’appareil en fonction, on le règle en plaçant d’abord un tube rempli d’eau, et, après avoir dirigé l’appareil sur la partie la plus éclairée du bec Bunsen, on règle la quantité de lumière que l’on veut admettre dans 1 appareil, en levant ou abaissant un levier placé en avant de l’appareil du côté de la flamme et qui agit sur le prisme de Nicol; on amène alors le zéro du vernier sur la 7e division environ, à gauche ou à droite de la division en centièmes de sucre, et cela, en tournant le bouton molleté qui se trouve sur le bord du cadran. On regarde à l’oculaire et on aperçoit un côté jaune clair et l’autre gris; on avance et on retire doucement la lunette, jusqu’à apercevoir nettement la

limite de séparation des demi-disques (lesquels sont rigoureusement en contact, de sorte que la différence des tons est très sensible). On dirige alors l’appareil sur le point le mieux éclairé.

Ensuite, on fait coïncider très exactement le zéro du vernier avec celui du cadran et on regarde s’il y a égalité de teinte; si cela n’était pas, il faudrait tourner doucement le bouton qui se trouve au-dessus de l’appareil et à sa droite, de telle façon que le côté obscur s’éclaircisse et que le côté clair s’assombrisse jusqu’à ce qu’on ait obtenu l’égalité de teinte.

Il est bon de s’assurer de la sensibilité et de l’exactitude de l’appareil en imprimant au bouton du cadran un quart de tour à droite ou à gauche et en ramenant les teintes égales, comme si on opérait un dosage ; les deux zéros, celui du vernier et celui du cadran, doivent coïncider; l’appareil est alors réglé, mais pour un seul opérateur.

Pour faire une observation, il n’y a plus qu’à placer le tube contenant le liquide à examiner; si le demi-disque de droite s'assombrit, la substance est dextrogyre; si c’est le côlé gauche, elle est lévogyre. Pour rétablir l’égalité de teinte, il faudra tourner le bouton de l'alidade du côté le plus obscur, jusqu’à ce qu’en lui imprimant une série d’oscillations de plus en plus petites, on arrive à l’égalité parfaite des teintes. Il est très bon de faire deux ou trois lectures successives, lesquelles, si on opère bien, doivent coïncider à très peu près.

Du pouvoir rotatoire spécifique et de sa détermination. — Biot a établi les lois suivantes qui régissent les corps actifs liquides et les solutions des corps actifs dans des liquides inactifs:

1" L’angle de rotation est proportionnel à l’épaisseur de la solution que traverse le rayon polarisé ;

2° Si le rayon polarisé passe à travers plusieurs liquides différents, l’angle de polarisation est égal à la somme ou à la différence des rotations produites par chaque liquide séparément.

Biot a proposé que les rotations produites par les différentes matières soient ramenées à 1 unité de densité et d’épaisseur, en adoptant comme unité un millimètre pour les solides et un décimètre pour les liquides, car le pouvoir rotatoire de ces derniers est très inférieur à celui des solides.

Si nous appelons :

a l’angle observé,

l l'épaisseur de la solution (le décimètre étant pris pour unité),

d la densité de la solution,

p le poids en grammes de matière active contenu dans 100 grammes de solution,

c qui égale p d, poids en grammes de substance active dissoute dans 100 centimètres cubes de solution,

nous aurons pour le pouvoir rotatoire spécifique de la matière :

SACCHARIMËTRIE. — L. ROBIN

Si nous remplaçons p et d par la valeur de c, c’est-à-dire par la quantité en grammes de substance active contenue dans 100“ de la solution, notre formule deviendra:

Les pouvoirs rotatoires des sucres ont été déterminés par beaucoup de savants et, malgré cela, les chiffres ne sont pas absolument concordants.

On a remarqué que le pouvoir rotatoire de certains sucres offre des différences de rotation, selon qu’on examine des dissolutions plus ou moins concentrées et à des températures plus ou moins élevées. Ainsi, pour la saccharose, le pouvoir rotatoire est proportionnellement plus élevé dans les solutions faibles que dans les solutions concentrées; le glucose, au contraire, a son pouvoir rotatoire spécifique augmenté avec les solutions concentrées.

D’après M. Tollens, voici les déterminations du pouvoir rotatoire spécifique des principaux sucres, en appelant :

p le poids du sucre dans 100 grammes de solution.

Le pouvoir rotatoire du sucre de canne est :

d’où on a [«]D = + 66,5 pour des solutions contenant plus de 10 p. 100 de sucre (Voir le tableau ci-après).

ET A. DUPRÉ