SPECTROSCOPE

Kirchhoff et Bunsen ont fait construire les deux premiers modèles d'instruments destinés à l'observation des spectres lumineux. On en a établi d’autres sur le même principe, mais avec quelques dispositions différentes, suivant l'usage auquel ils sont destinés.

Le spectroscope le plus usité pour les recherches analytiques est encore celui des deux inventeurs. Il est composé de quatre pièces portées sur une plateforme circulaire avec support à trois pieds (fig. 32).

Un prisme triangulaire P en flint à angles de 60° est fixé au centre de la plateforme, et recouvert ordinairement d'un tambour cylindrique T ou prismatique en cuivre, noirei intérieurement, présentant trois fenêtres disposées devant les trois faces du prisme.

Autour du prisme sont disposés horizontalement deux tubes collimateurs C et Cet une lunette L.

L'un des tubes G porte du côté du centre une lentille conversente et du côté opposé deux lames en laiton, qu'on peut rapprocher ou écarter au moyen d’une vis V, de manière à laisser une fente étroite, devant laquelle se place la source lumineuse 5 à observer.

Le second tube C'est muni, à son extrémité la plus éloignée du prisme, d’une lame de verre avec échelle divisée horizontale, qu'on illumine au moyen d'une bougie ou d'une flamme de gaz éclairante E, placée immédiatement à côté. Une feuille d’étain recouvre la lame de verre, de manière à ne laisser de transparence qu'au micromètre.

La lunette contient un objectif et un oculaire pour observer les rayons lumineux, après qu'ils ont été réfractés et dispersés par le prisme; son grossissement est de 8 diamètres en géné-

ral. En même temps que le spectre lumineux, arrive à l'œil de l'observateur l’image du micromètre, qui s’est réfléchie sur la face même du prisme par laquelle sortent les rayons réfractés. Les deux images se forment donc au même point et l'échelle peut ainsi servir à fixer exactement la position des différentes raies du spectre.

En général, on s'arrange de facon que les 50 premières

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divisions de l'échelle comprennent toute la partie visible du spectre jusqu à la raie D de Fraunhofer, correspondant exactement avec le trait marqué 50; mais la position des raies varie un peu avec l'angle du prisme et le pouvoir dispersif, pour les diverses couleurs spectrales, du verre dont il est formé; elle est donc en réalité différente d’un instrument à l’autre, malgré les soins apportés à leur construction.

L Cowr'tier

Pour la fixer d'une facon rigoureuse et scientifique indépendamment des instruments, on est convenu d’énoncer la lonsueur d'onde à laquelle correspond chaque raie, au lieu de la division de l'échelle sur laquelle elle s'applique. Les longueurs d'onde (à) sont exprimées en millionièmes de millimètre.

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Fig. 33.

Comme l'observation directe fait connaître les degrés micrométriques de l'instrument qu'on emploie, il faut savoir traduire ces degrés en longueurs d'onde correspondantes et réciproquement. C’est à quoi l’on arrive aisément par une construction de courbe faite une fois pour toutes avec soin sur un papier quadrillé au millimètre.

Sur la ligne horizontale XY (ligne des abscisses), on porte les divisions de l'échelle micrométrique, que l’on inscrit de 10 en 10, chaque division étant représentée par un millimètre. Sur la ligne verticale XZ (ligne des ordonnées), on porte les longueurs d'onde de 400 à 780 en les inscrivant également de 10 en 10 et représentant l'unité par un demi-millimètre. On observe ensuite sur l’échelle la position exacte d’une raie caractéristique, par exemple la raie double du sodium, et on régle à l'aide d’une vis de rappel la position du micromètre, de manière que le milieu de l'intervalle des deux raies soit exactement en face de la division 50. Cela fait, on porte 50 sur la ligne des abscisses et 589,2 sur celle des ordonnées. On recommence sur une série d'autres raies obtenues avec différents métaux, en portant chaque fois aux abscisses le degré observé de l'échelle et aux ordonnées la longueur d'onde calculée, qu'on trouve dans les traités de physique (Tables de Thalén). En réunissant ces points, on obtient une courbe continue d'autant plus exacte que le nombre des points de repère aura été plus grand. Cette courbe permettra de déterminer immédiatement la longueur d'onde qui correspond à une division observée de l'échelle ou réciproquement; car il est bien facile de trouver sur la feuille, avec une grande approximation, l’'ordonnée du point dont on connaît l’abscisse ou réciproquement.

La figure 33 est la reproduction réduite de la courbe que fournit l'un des spectroscopes employés à l'École des Mines: elle à été établie en partant des données ci-dessous :

RAIES OBSERVÉES Divisions du micromètre. Longueurs d'ondes Potassium « raie rouge. . . .-. .. 14 768 Lithium raie rouge. . . . . Re 30 670,6 Sodium-raie jaune ::- : -.. . ë 50 (milieu des deux raies). 589,2 Tballtim/rate verte Mure ER 69 535 Hydrosenerraie blene.g 7% 93 486 SÉnontiuméraie bleue: 00-10 110 461 Indium ‘« raie indigo. . . . . . : . 117 451 Rubidium raies violettes. . . . . . 445 (milieu des raies) 422

Potassium raie violette. . . . . . . 164 40%

L'échelle de cette figure, sur papier quadrillé au millimétre, convient bien pour les métaux alcalins ; elle serait trop petite pour fixer avec assez de précision la place des raies des métaux proprement dits. Pour ceux-ci, on peut recommander de construire la courbe du spectroscope à une échelle trois fois plus grande.

Spectroscopes à plusieurs prismes. — Lorsque l'on veut obtenir un spectre très étalé, dans le but d'en étudier avec soin une région particulière, 1} devient indispensable d’employer des spectroscopes dont le pouvoir dispersif est accru par l'emploi de plusieurs prismes disposés sur une même plate-

forme à la place du prisme unique de Kirchhoff, de maniere que les ravons lumineux passant par le collimateur GC (fig. 34) les traversent tous successivement avant d'entrer dans la lunette L. Les déviations successives s'ajoutant, la dispersion est plus forte, le spectre plus étendu, mais beaucoup moins éclairé à cause de son développement etdes pertes qu'a subies dans son parcours le faisceau lumineux. Aussi ces instruments ne sont-ils employés que pour l'étude des sources lumineuses très intenses. [ls sont d'ailleurs construits d'une facon telle qu'il est toujours facile de n’employer qu'une partie des prismes en déplaçant le collimateur.

La dispersion avec un même prisme étant naturellement plus grande vers le violet que vers le rouge, il est bon de

l’augmenter de ce dernier côté par l’emploi de deux prismes et de la réduire du côté des rayons violets par la suppression de l’un d'eux, suppression qui s’obtiendra par un simple mouvement de vis du spectroscope. Une trop grande dispersion aurait le très grave inconvénient de faire disparaître les raies du violet (A. de Gramont, v. p. 117).

Spectroscopes à vision directe. — Dans ce genre spécial d'appareils, la lunette L et le collimateur C (fig. 35), au lieu d’être plus ou moins inclinés, se trouvent exactement en prolongement l’un de l’autre,ce qui donne à l'ensemble l’apparence d’une simple lunette et rend les observations plus commodes, surtout celles qui ont en vue l'analyse des corps célestes.

Pour annuler la déviation sans détruire la dispersion, Amici emplovyait un

prisme multiple composé d'un prisme en flint placé entre deux prismes en crown. Hoffmann a construit un prisme multiple comprenant deux éléments en flint et trois en crown. Enfin, Thollon, par un dispositif particulier de réflexions et de réfractions, créa un instrument d'une merveilleuse puissance, permettant de distinguer nettement plus de 4.000 raies obscures dans le spectre solaire.

De petits spectroscopes à vision directe (fig. 36 et 37) sont employés pour les éludes de chimie minérale; ils sont dépourvus de supports, le micromètre se trouve placé dans la

lunette même, au point où se forme l’image réelle du spectre, les tubes de l'instrument peuvent rentrer les uns dans les autres comme ceux d’une longue-vue et l’ensemble peut être facilement mis dans la poche.

Comparaison des spectres. — Lorsqu’en examinant le spectre d'une substance on veut le comparer à celui d’un élément connu, qu'on croit être de même nature, on peut produire simultanément les deux spectres dans deux flammes différentes ; l'une d'elles est placée en face de la fente, l’autre sur le côté (His. 32, p. 106); mais on renvoie les rayons parallèlement aux premiers à l'aide d'un petit prisme à réflexion totale P, qui peut se rabattre sur la fente du collimateur en n’en couvrant que la moitié (fig. 38). Les deux spectres horizontaux vus dans la lunette se placent l’un audessus de l’autre et, S'ils sont identiques, on le reconnait aussitôt à ce que leurs raies d’égale réfrangibilité sont dans le prolongement les unes des autres.

Cette comparaison expérimentale peut d’ailleurs être remplacée par l'examen de la position exacte des raies de la substance que l’on étudie et la mise en parallèle de ces raies avec celles correspondant aux divers éléments dont les spectres ont été décrits ou dessinés dans de semblables conditions. Mais il importe alors de rapporter les mesures à la même échelle ou à la table deslongueurs d'onde correspondantes, en se servant de la construction graphique qui a été décrite plus haut (p. 107). Il faut aussi avoir soin de ne comparer que

Fig. 37.

Fig. 38.

des spectres obtenus dans des conditions semblables, soit avec une flamme, soit avec l’étincelle électrique; car les raies d'un même métal ne sont pas toutes identiques à des températures très différentes.