PRODUCTION ET PROPRIETES DE LA LUMIERE DE FLUORESCENCE

La fluorescence est bien, parmi les propriétés optiques de la matière, l’une de celles qui frappent d’abord l’observateur. Particularité remarquable, et mappartenant qu’à un nombre de corps relativement restreint, elle fut, en effet, de bonne heure utilisée pour identifier ces quelques substances. Ses applications en médecine légale, en chimie biologique et alimentaire, voire même en microbiologie, sont aujourd’hui fort nombreuses. (Certains alcaloïdes sont également fluorescents, et l’on peut caractériser ces corps

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par la qualification de la teinte de fluorescence qu'ils prennent dans tel ou tel solvant, et par l'intensité de cette teinte. C’est ainsi que la quinine en solution dans l’éther présente une fluorescence < blanc bleuâtre », d'intensité moyenne, de même d’ailleurs que certains de ses sels en solution aqueuse. Le Codex mentionne cette propriété de quelques alcaloïdes, et indique, en particulier pour les sels de quinine la fluorescence bleue de certaines solutions. Il se limite d’ailleurs à la simple constatation de l’existence d’une telle propriété, sans donner aucune indication complémentaire. S

La fluorescence est, en effet, demeurée pendant assez longtemps un phénomène mal connu, que l’on observait et utilisait sans en avoir distingué la nature ni déterminé les lois. L’appréciation du phénomène était toujours entachée d’une erreur due au coefficient personnel. Depuis la seconde moitié du xix° siècle 1cependant, de nombreux travaux ont paru, qui ont permis de se rendre compte du processus de production de la lumière de fluorescence et de l'influence de divers agents sur sa formation et son intensité.

La fluorescence est un phénomène secondaire, qui correspond à une émission de lumière par les milieux éclairés. Elle se superpose au phénomène plus général de la diffusion. La fluorescence ayant été longtemps confondue avec l’opalescence critique, cas particulier de la diffusion, nous rappelons ici ce qu’est la diffusion moléculaire, afin de mieux en distinguer la fluorescence. On peut constater aisément qu’un faisceau de lumière est rendu visible au travers d’une chambre noire par la diffusion de la lumière sur des particules, (poussières), en suspension dans l'air. Si un. tel faisceau traversait une atmosphère débarrassée

HS; et x 2 de toute poussière, on en percevrait encore le trajet par une luminosité due alors à la diffusion de la lumière sur les molécules mêmes constituant cette atmosphère. C’est la diffusion moléculaire.

Ce phénomène peut être facilement expliqué par une vibration forcée des molécules sous l’action de l’onde électro-magnétique constituant la lumière incidente. Cette vibration forcée a même fréquence que la vibration excitatrice et l’intensité de la lumière diffusée dépend du nombre de molécules, c’est-à-dire de la densité du milieu traversé. On démontre que la diffusion moléculaire ne peut s’expliquer que par l’irrégularité de la distribution des molécules, c’est-à-dire par les fluctuations de densité. Elle est faïble dans les solides, substances denses, mais dans lesquels les fluctuations de densité n’existent pour ainsi dire pas ; elle est grande dans les mélanges de liquides, au sein desquels les fluctuations de densité sont importantes ; à l’état critique ces variations deviennent considérables, la diffusion est alors un très gros phénomène, connu sous le nom d’opalescence critique.

Théoriquement et expérimentalement, on a prouvé que l’intensité avec laquelle la lumière est réémise dépend de la longueur d’onde de la radiation excitatrice ; cette intensité varie en raison inverse de la quatrième puissance de cette longueur d’onde (Lord RAYLEIGH (18) et J. CABANNES (19). Ceci explique que la lumière excitatrice étant blanche, la lumière diffusée puisse être bleue, (bleu du ciel), les radiations violettes et bleues à faible longueur d’onde étant réémises avec une intensité plus grande.

Considérons maintenant la fluorescence : on l’observe dans des milieux variés, gaz, liquides, solides, mais elle reste toujours un phénomène sélectif, et,

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pour un milieu donné, seules certaines radiations l’excitent, d’autres restant complètement inactives. Cette fluorescence est toujours associée à une absorption par la substance de la lumière incidente, et l’intensité de la lumière de fluorescence est proportionnelle à l'intensité de la lumière excitatrice (loi de KNOBLAUCH). x

Une différence très nette apparaît entre la fluorescence et la diffusion moléculaire lorsqu'on étudie au spectroscope ces deux phénomènes. Nous avons vu’ que, lors de la diffusion, Ia lumière émise a même fréquence que la lumière excitatrice, dans le cas de fluorescence, au contraire, la composition spectrale de la lumière émise est totalement différente de celle de la lumière excitatrice, et, en particulier, peut comprendre des radiations non représentées dans le spectre de la lumière incidente. D’une manière plus précise, Stokes a établi que la fréquence moyenne des radiations émises est toujours inférieure à celle des radiations susceptibles d’exciter la fluorescence. Le spectre des radiations émises est caractéristique de - la substance irradiéé. Il se compose de bandes dans lesquelles la répartition de l’énergie ne dépend en aucune manière de la lumière excitatrice.

La phosphorescence est un autre phénomène optique qui donne des apparences semblables à celles de la fluorescence. Divers auteurs groupent ces émis- Sions secondaires de lumière sous le nom de photoluminescence ; la fluorescence seraït alors une photoluminescence prenant fin dès que Fon supprime la lumière excitatrice et la phosphorescence, une photoluminescence qui continue après suppression de l’excitation. :

M. Francis PERRIN (27) a distingué, d’une façon plus

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précise ces deux phénomènes. « Toute photoluminescence, dit-il, correspond à un cycle de transformations quantiques des molécules, ou groupements sensibles excités. Lorsque toutes cés transformations n’empruntent de façon essentielle aucune énergie au milieu, et que tous les états traversés sont susceptibles de transformation spontanée par émission lumineuse, le phénomène est une fluorescence. Si, au contraire, les molécules transformées passent, entre l’absorption et l'émission, par un état intermédiaire stable ou métastable, et ne peuvent plus atteindre l’état d'émission sans recevoir du milieu un certain incrément d'énergie, il y a phosphorescence, »

La théorie quantique fournit d’ailleurs une explication facile du phénomène de la fluorescence. (Chaque molécule d’une substance fluorescente éclairée subit une transformation passagère. Absorbant un quantum ide rayonnement excitateur, elle passe dans un nouvel état dit état activé, d’où elle revient spontanément dans l’état normal, en libérant l’énergie emmagasinée, soit sous forme de lumière (fluorescence), soit sous forme d’énergie cinétique communiquée à des molécules voisines (échauffement).

Les phénomènes de fluorescence sont modifiés par divers facteurs. La constitution chimique influe sur la fluorescence, celle-ci dépend également de la température de l’obsérvation, mais des différences sensibles dans le phénomène ne sont observées que pour de grands écarts de température. Enfin, l’expérience a montré que la nature du solvant agit sur l’intensité -et l'étendue du spectre de fluorescence. Il faut rap- . procher de cette influence l’action de certaines substances incolores qui, introduites dans des solutions fluorescentes diminuent fortement ce phénomène,