FLUORESCENCE

Un,certain nombre de corps transparents deviennent lumineux par eux-mêmes quand on les éclaire vivement; l’émission de lumière dont ils sont le siège, tant que dure leur exposition à des radiations extérieures, constitue le phénomène désigné sous le nom de fluorescence.

La première mention d’un phénomène de fluorescence est due, d’après Boyle, à Nie. Monardes, qui a signalé les propriétés de l’infusion de bois néphrétique. Cette observation était connue de Kircher et de Grimaldi. Mussenbrock signale la fluorescence du pétrole ; enfin, Murray, Goethe, Dœbereiner ont ajouté à la liste des corps fluorescents l’écorce interne du frêne, celle du marronnier d’Inde et du quassia excelsa.

Ces observations étaient restées isolées ljusqu’aux travaux de Brewster, de J. Herschel et de M. Stokes.

flerschel découvrit ta fluorescence du sulfate de quinine; il montra que sa lumière provenait d’une couche mince de la solution adjacente à la surface, là où les rayons entrent dans le liquide, et que le faisceau incident, [quoique n'ayant pas perdu sensiblement de son intensité lumineuse, perd le pouvoir de produire la lumière fluorescente bleue quand on le fait passer de nouveau à travers une solution de sulfate de quinine.

Herschel voyait dans la fluorescence une sorte de diffusion entièrement superficielle, ou, comme il disait, épipolique. Pour Brewster, cette diffusion était intérieure. Il était réservé à M. Stokes de donner la véritable explication du phénomène :

les atomes des substances fluorescentes vibrent sous Tinfluence des ondes incidentes excitatrices, avec cette particularité que les vibrations excitées sont d’une période plus lente que celle des ondes excitantes; les vibrations ainsi ralenties font retour à l’éther; or, le ralentissement de la vitesse de vibration a pour conséquence de ramener les radiations invisibles dans les limites de la vision.

Les ondes de courte période conviennent surtout pour exciter la fluorescence ; aussi les sources qui en contiennent le plus sont-elles les plus actives: telle est la lumière électrique, celle de l’arc voltaïque, aussi bien que celle de l’étincelle jaillissant soit dans l’air soit dans le vide. On connaît les splendides effets qu’on obtient avec les tubes de Geissler enveloppés de solutions de quinine, de curcuma, de sels d’urane, etc., effets rendus encore plus remarquables par la forme variée qu’on asoin de donner à ces appareils. Il est possible de tracer sur du papier des caractères avec du bisulfate de quinine, qui sont invisibles à la lumière des lampes, et qui deviennent brillants quand on y fait tomber un faisceau de rayons provenant de l’arc électrique, dépouillés de leur lumière par un verre violet foncé.

La flamme d’une bougie ordinaire, celle d’une lampe à huile, celle du gaz, riches surtout en radiations vertes, jaunes ou rouges, peu ou point actives, permettent à peine de percevoir des traces de fluorescence.

De même les flammes colorées en rouge par la strontiane ou en vert par le cuivre ne manifestent qu’une activité insignifiante, parce qu’elles sont dépourvues de rayons de grande réfrangibilité.

Parmi les quelques flammes particulièrement riches en ondes bleues et violettes, et par cela même aptes à exciter le phénomène de la fluorescence, il convient de citer celle du sulfure de carbone brûlant dans le bioxyde d’azote, qui provoque la

fluorescence de la quinine, de l’esculine, etc. (Babo et Millier), celle du soufre et du phosphore brûlant dans l’oxygène (Faraday, Botlger), et, à un moindre degré, celle de l’oxyde de carbone, de l’alcool, brûlant seuls ou dans une mèche imprégnée de sulfate de cuivre ammoniacal.

Lorsqu’on projette à la surface d’un corps fluorescent l’image bien pure d’un spectre avec toutes ses raies, on constate que la fluorescence apparaît toujours vis-à-vis de la raie H et audelà. Les limites auxquelles elle s’arrête de part et d’autre sont différentes pour les différents corps (1).

L’illumination va de F en T pour l’esculine et le bisulfate de quinine, de Z) jusque au-delà de // pour le curcuma et le gaïac; pour la chlorophylle, le rouge de naphtaline, l’acide thiomélanique, elle commence ontre C et Z) et s’étend au-delà de H.

Pour ce qui est de la couleur de la bande épipolisée. ou spectre modifié par la substance fluorescente, elle diffère essentiellement de celle de la lumière incidente. Pour la quinine et l’esculine, c’est un bleu clair faisant fortement contraste avec le bleu foncé et le violet de la lumière incidente, ainsi que l’on peut très-bien s’eu apercevoir en recevant alternativement le spectre sur une feuille de papier blanc et sur la solution. Pour la teinture desemencesde stramoine, c’est un fond vert sur lequel se dessinent toutes les raies Fraunhofer. Pour la chlorophylle, c’est unebanderouge, qui, très-brillanteentreCetZ), présente ensuite un intervalle|presque entièrement obscur, passe au cramoisi au voisinage de F et devient rouge-brun foncé au-delà

(1) Dans les expériences sur la fluorescence, on doit em loyer de préférence les milieux qui absorbent le moins les rayons de grande réfrangibilité (lentilles et prismes de quartz, miroirs métalliques). Les verres rouges, orangés, jaunes, le sulfure de carbone, la benzine, placés sur le trajet de la lumière incidente, affaiblissent ou détruisent la fluorescence ; les milieux violets la rendent au contraire plus apparente.

de H. Ici, les raiesde Fraunhoferse détachent surun fond rougesombre ; aussi sont-elles moins apparentes que dans les spectres précédents.

Une substance éminemment fluorescente est, ainsi que l’a trouvé M. Goppelsrœder (1), la laque- morine (bois de Cuba). La solution alcoolique de morine pure n’est pas'fluorescente, mais aussitôt que l’on ajoute un sel d’alumine, par exemple de l’alun, il se manifeste une fluorescence verte intense, rappelant la couleur de la malachite. Le phénomène est encore trèsmanifeste, malgré une très-grande dilution.

La lumière particulière qu’émettent les corps fluorescents n’est pas homogène, lors même que la lumière incidente le serait. On peut l’analyser au spectroscope : les spectres que l’on observe varient beaucoup d’aspect et d’étendue. Le spectre de la chlorophylle est très-court, celui du bisulfanthrachinon est très-long. Tantôt (laque de morine, ronge de naphtaline), l’intensité de la lumière varie d’une manière continue d’une extrémité à l’autre: tantôt il est constitué par des lignes brillantes entremêlées d’espaces sombres : on observe six maxima avec le pétrole, trois avec la teinture de gaïac, deux avec la solution fraîche de chlorophylle, le tournesol, l’orseille; ils sont moins visibles avec le sulfate de quinine, l’csculine, la fraxine, la teinture de curcuma, le carmin, ils sont très-remarquables dans les composes d’urane où . ils forment un certain nombre de groupes distincts, qui varient d’un composé à l’autre.

Dans la plupart des cas, il n’y a aucune liaison apparente entre l’existence des maxima observés dans le spectre projeté à la surface d’un corps fluorescent et leur présence dans le spectre obtenu en décomposant par le prisme la lumière fluorescente: la chlorophylle, par exemple, donne sept maxima du premier genre et seulement deux du second.

(1) Pogg. an». CXXXI et CXXXIV.

M. Pierre a voulu expliquer les maxima en considérant le corps fluorescent comme un mélange de plusieurs substances douées chacune d’une fluorescence spéciale. Si cette hypothèse est admissible pour le gaïac, le carmin, le tournesol, l’orseille, etc., elle ne l’est pas pour l’azolate d’urane et l’anthracéne, dont les cristaux mêmes présentent de tels maxima de fluorescence.

M. Stokes a posé en principe que la réfrangibilité de la lumière fluorescente était toujours plus faible que celle des rayons excitateurs. Cette loi a été contestée par certains observateurs, entre autres par M. Lommel.

Suivant M. Lommel (1), il y a deux sortes de fluorescence; l’une assez exceptionnelle, telle que tout rayon excitateur détermine la production de la totalité du spectre fluorescent, ou, si celui-ci comprend plusieurs [)arlies, de la portion du spectre dans laquelle le rayon excitateur se trouve compris; l’autre, la plus habituelle, qui suit la loi de Stokes.

Lommel divise donc tous les corps fluorescents en trois classes:

P’’Classe. — Corps dans lesquels chaque rayon homogène excite non seulement les rayons dont la longueur d’onde est plus grande ou égale, mais encore ceux dont la longueur d’onde est plus courte que colle du rayon excitateur {fluorescence du premier genre).

A cette classe appartiennent: la chlorophylle, le rouge de naphtaline, la brasiléine en solution sodique, la purpurine dans l’alun, le carmin decartbame, l’éosine, lapurpurine en solution èlhérée, la fluorescéine.

Les corps de cette classe sont caractérisés par de très-fortes bandes d’absorption, dont une au moins reste nette dans le

(1) Pogg. ann. CLIX. 514.

spectre, même pour une Irès-gramle dilution. Ce sont des corps à couleurs superficielles, mais à dispersion normale. Ils sont verts, rouges, orangés, jaunes. Quand on les éclaire par un spectre, la lumière émise par fluorescence présente une teinte invariable, quels que soient les rayons excitateurs.

t2"'* Classe. — Corps dans lesquels chaque rayon homogène excite seulement les rayons qui ont une longueur d’onde plus grande que celle du rayon excitateur ou seulement égale {fluorescence du deuxième genre).

A cette classe appartiennent; l’acide thiomélanique, lasandaraque, la solution de suie dans le sulfure de carbone, dans l’essence de térébenthine, l’élher thymoléthylphosphorique, l’acide sull'anthracénique, la diphénylamine, le sucre de malt, la teinture de curcuma, la teinture de quassia, la teinture de semences de stramoine, la solution de laque rnorine dans l’alun, la solution de bois de santal dans la soude, le gaïac, l’azotate d’urane, la solution alcoolique d’anthracène, le sulfate de quinine, le pétrole, la fraxine, l’esculine, l’acide chlorosulfanlhracénique, le bichloranthracène.

Tous ces corps suivent la loi de Stokes; ils n’absorbent que la portion la plus réfrangible du spectre, ce qui les fait paraître jaunes, bruns ou même incolores lorsque l’absor[)tiou est limitée à la région la moins lumineuse (le violet), ou aux radiations ultraviolettes. Quand on les éclaire par un spectre, la lumière émise par fluorescence varie de nuance et même de couleur suivant les rayons excitateurs.

5'"“ Classe. — Corps dont le spectre fluorescent consiste en deux parties, dont funeaffecte lafluorescence du premiergenre, l’autre la fluorescence du second |genre {fluorescence composée ).

A celte classe appartiennent le vert, le bleu et le rouge de chamœléine, l’orseille, le tournesol, la fluoraniline, la brasiléine.

Les corps de celle classe monlrenl, comme ceux de la première, de fortes bandes d’absorption et de vives couleurs; ils sont verts, bleus, violets, rouges, orangés. Leur spectre fluorescent consiste en deux parties; l’une, la moins réfrangible, est uniformément colorée dans tonte son’ étendue, l’autre, la plus réfrangible, présente une série de nuances. Ces corps se comportent comme des mélanges de substances delà première et de la'deuxième classe; beaucoup d’entre eux, en effet, sont des mélanges; mais il n’est pas encore démontré qu’il en soit ainsi pour tous.

M. Hagenbach (1), M. Lamansky (2) et, d’abord, M. Lubarsch(5), ont soutenu contre M. Lommel la rectitude absolue de la loi de Slokes.

M. Lubarscli (4) a ensuite attaqué les conclusions de M. Lamansky, et confirmé, avec M. Brauner, les résultats deM. Lommel.

Actuellement, la question n’est pas encore entièrement résolue.

Les rayons excitateurs de la fluorescence sont précisément ceux que la substance fluorescente absorbe. Aussi, en comparant le spectre étalé à la surface d’un corps fluorescent au spectre d’absorption de ce corps, conslale-l-on quece dernier est sombre là ou le preiriier est le plus lumineux. Il ne faut pas conclure de là que toute bande d’absorption correspond nécessairement à un maxima ou même à un phénomène de fluorescence; biendesmilieux, le permanganate de potassium, entre autres, donnent de pareilles bandes sans être fluorescents; d’ail-

\l) Ann.phys. [‘2], VIII, 369.

(2) Journ. dephyt., VIII, 367.

(3) Pogg. Ann., CLIII, 420.

(4) Ann. phys., [2], IX, 665 ; XI, 46.

leurs, parmi les subslaiices sensibles, razotale d’urane présente des bandes d’absorption qui be correspondent à aucun maxima de fluorescence; certains corps (teinture de tournesol, dissolution de carmin dans la soude), produisent une absorption spéciale, distincte de celle qui provient de la fluorescence, et que l’on peut attribuer à la coexistence de principes indépendants du principe fluorescent.