CHAPITRE V
448 Action du quartz sur la direction des vibrations lurainenses. — Certains corps, le quartz par exemple, jouissent de la propriété de dévier le plan de vibration de la lumière polarisée qui les traverse. On démontre l'existence de cette propriété du quartz par l'expérience suivante.
On fait tomber un faisceau de rayons parallèles et œonocbromatiques sur deux prismes de niçois disposés à la suite 1 uu de
POLAHISATION ROTATOIRE. 789
l'autre, de telle sorte que leurs sections principales soient perpendiculaires entre elles ; il résulte de ce qui a été dit dans le Chapitre III qu'aucune portion de lumière ne sera transmise au delà du second uicol. Si l'on ioterpose alors entre les deux prismes uae lame de quartz, dont les faces soient parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe optique du cristal, une certaine quantité de lumière est transmise au delà de l'analyseur, mais on peut obtenir de nouveau l'extinction de cette lumière en faisant tourner la section principale du nicol analyseur d'un angle dont la grandeur dépend de diverses causes indiquées ci-dessous.
Nous ne pouvons entrer dans l'explication que Presnel a donnée du phénomène que nous venons de décrire ; nous nous contenterons de faire remarquer que le i-ésultat de l'expérience dont il vient d'être question se conçoit immédiatement, si Ton admet que la lame de quartz, taillée perpendiculairement à son axe optique, ula propriété de dévier la direction rectiligne des vibrations incidentes d'un certain angle, mesuré d'ailleurs par la rotation qu'il faut faire subir au nicol analyseur pour rétablir l'extinction. De là le nom de polarisation rotatoire donné aux phénomènes étudiés dans le présent Chapitre. C'est cette hypothèse, à laquelle Fresnel â substitué une théorie qui établit la nature du phénomène, que nous prendrons pour guide dans ce qui va suivre.
449. Lois de la polarisation rotatoire. — Un certain flombre de corps jouissent de là fflême propriété qUe le quartz ; ôil les appelle actifs. Les corps qui sont sans action sur la direction du plan de vibrations sont dits inaCtifs.
On appelle pouvoir rotatoire d'un corps l'angle dont tourne le plan de vibration de la lumière, lorsque celle-ci traverse une épaisseur de 1 millim. du corps.
Les phénomènes de polarisation rotatoire ont été découverts par Afâgo et étudiés par Biot, qui en a formulé les lois.
•1" Polir une même substance, la rotation du plan de vibration d'ilne môme radiation est proportionnelle à l'épaisseur delà lame tfâversée.
2° PoUr un observateur placé de manière à faire face à l'arrivée des rayons lumineux, certaines substances font tourner le plan de vibration de la lumière vers la droite (sens du mouvement des aiguilles d'une montre), d'autres font tourner ce même plan vers
la gauche (sens inverse du précédent). Les premières sont dextro- gyres, et la rotation qu'elles produisent est caractérisée par le signe + ; les secondes sont lévogyrcs et la rotation qu'elles produisent ; est caractérisée par le signe — .
Le sens de la rotation varie non seulement d'une substance à ï l'autre, mais fréquemment aussi, pour un môme corps, suivant; l'échantillon. Cette particularité est liée à certaines modifications ; de forme cristalline que ces échantillons présentent. C'est ainsi i que certains cristaux de quartz sont dextrogyres, tandis que d'au-très sont lévogyres ; pour la môme épaisseur de chacune de ces s variétés, le déplacement angulaire du plan de vibration a d'ailleurs s ^' la même valeur absolue.
3° Quand on superpose plusieurs lames de diverses substances s actives, la rotation totale due à l'ensemble de ces lames est égale! à la somme algébrique des rotations propres à chacune d'elles?
4° La rotation produite par une môme lame varie avec réfrangibilité, c'est-à-dire avec la couleur de la lumière monochromatique qui la traverse; elle serait, d'après Biot, proportionnelle au carré de l'indice, ou inversement proportionnelle au carré de la longueur d'onde de la lumière monochromatique considérée. If Broch, Wiedemann, Arndsten et Cernez ont démontré que cette t relation n'était qu'approchée et que le degré de l'approximation : différait suivant la nature de la substance examinée.
450. Aspect des phénomènes dans la lumière incidente blanche. — Cette dernière loi permet de prévoir ce qui se passe lorsque, au lieu d'opérer en lumière homogène, comme nous l'avons supposé ci-dessus, on emploie une lumière composée, la lumière blanche par exemple.
Soit, en effet, gS' (fîg. 305) la direction commune suivant iH laquelle s'effectuent les vibrations des diverses radiations simples s qui constituent la lumière blanche polarisée, à son entrée dans une i lame de quartz perpendiculaire à l'axe disposée normalement à ï la direction de la lumière. Sous l'action de cette lame, le plan de vibration est inégalement dévié pour les diverses radiations;: l'expérience montre par exemple que, pour une lame de quartz de <. 2™"' d'épaisseur, le plan de vibration du rouge extrême subit une . rotation de 35° et celui du violet extrême une rotation de 88". Les directions des vibrations rouges et violettes ont par suite, dans •
ni!
POLARISATION ROTATOIRE. 791 le ravon considéré et à la sortie de la lame de quartz, les directions RR' et Vi Vi', les vibrations des autres couleurs ayant des directions intermédiaires 00', JJ', Ve Ve', BB', H'.
Si nous recevons alors un rayon lumineux ainsi constitue sur un nicol analyseur, celui-ci n'éteindra complètement que les radiations dont les vibrations s'effectuent perpendiculairement à sa section principale et laissera passer une proportion d'autant plus forte des autres radiations que la direction de celles-ci sera plus voisine de celle de cette section principale.
On comprend par suite que l'on ait toujours, quelle que soit la position de l'analyseur, un faisceau de lumière transmise et que cette lumière, payant plus la même composition que la lumière incidente, soitcolorée.Lacomposition, et par suite la coloration de la lumière transmise, dépendront d'ailleurs de la position de l'analyseur, puisqu'elles résultent, pour toute position de cet analyseur, de la coexistence, dans le faisceau transmis, des diverses radiations simples non éteintes. Ajoutons que, pour une même position du polariseur et de l'analyseur, la couleur de la lumière transmise dépend de l'épaisseur de la lame de quartz interposée.
451. Teinte sensible. — Parmi les diverses teintes que 1 on observea vec une même lame lorsqu'on fait tourner l'analyseur, il en est une qui jouit de la propriété de changer très notablement de couleur pour de très faibles déplacements angulaires de l'analyseur. Pour cette raison, cette teinte a été désignée sous le nom de teinte sensible ou teinte de passage ; elle est obtenue lorsque les rayons jaunes sont éteints, c'est-à-dire lorsque la section principale de l'analyseur est perpendiculaire à la direction des vibrations du jaune'moyen dans la lumière qui a traversé la lame de quartz. La couleur de cette teinte sensible est un bleu violacé analogue à celui de la fleur de lin.
Le rapide et notable changement de coloration qui se produit
Fi". 305. — Dispersion des plans de vibration par une lame de quartz perpendiculaire à l'axe.
dans la teinte soiisible pour une faible rotation de l'analyseur tient d'ailleurs à ce que la région du jaune moyen est la plus lumineuse du spectre.
La composition de la teinte sensible varie avec l'épaisseur du quartz qui sert à la produire. Elle reste toutefois sensiblement la même tant que cette épaisseur ne dépasse pas 5"»n.
Il importe de remarquer en outre que la teinte la plus sensible aux déplacements angulaires de l'analyseur n'est celle que nous venons d'indiquer que dans les cas oii l'œil de l'observateur perçoit normalement les couleurs.
452. Différenciation des phénomènes de polarisation rotatoire et chromatique. — 8i, pour étudier les phénomènes de polarisation rotatoire, noUi? avions employé comme analyseur un prisme biréfringent au lieu d'un nicol, nous aurions eu deux faisceaux transmis aU lieu d'un, et ces deux faisceaux auraient constamment présenté, comme dans le cas de la polarisalion chromatique, des couleurs complémentaires.
Mais lorsque ces couleurs sont dues â la polarisation rotatoire, elles passent, pour une rotation suflBsante de l'analyseur, par une série très variée de teintes; au contraire, la rotation de l'analyseur n'a d'autre effet que de faire varier le degré de saturation des couleurs ou de les échanger l'Une dans l'autre, lorsque l'apparition de ces couleurs constitue Un phénomène de polarisation chromatique.
Ajoutons qu'une rotation de la lame biréfringente modifie l'apparence des phénomènes de polarisation chromatique, tandis qu'elle est sans influence sur les couleurs dues â la polarisation rotatoire.
453. Pouvoir rotatoire moléculaire. — Le quartz doit sou pouvoir rotatoire à sa forme cristalline dissymétrique, car les solutions de silice sont inactives.
Un grand nombre de substances, au contraire, possèdent la même propriété que le quartz lorsqu'elles sont dissoutes dans un liquide inactif. Le pouvoir rotatoire appartient alors à la molécule même de ces substances et n'est nullement dti, comme pour le quartz , à Une forme cristalline particulière. A cette catégorie spéciale de corps appartiennent la plupart des principes immédiats des animaux et des végétaux; on peut citer, entre autres, le sucre de canne, le sucre de diabète, le sucre de lait, la dextrine, l'essence
dâ citron, etc., qui sont dextrogyres ; l'albumine, la gélatine, 'ÔSSence de térébenthine, etc., qui sont lévogyres.
Les pbénonaônes de polarisation que l'on observe dana les substances jioléculairement actives sont régis, dans leur ensemble, par es lois énoncées plus haut (§ 449) .
Biot a montré en outre que, lorsque le pouvoir rotatoire apparient aux molécules mêmes d'une substance et que ces molécules l'éprouvent pas de modifications de structure pendant les expé- 'iônces, la rotation du plan de polarisation est proportionnelle au loûibre de molécules traversées par la lumière, quel que soit 'écart que l'on ait établi entre ces molécules, soit par l'action de a chaleur, soit à l'aide de dissolvants inactifs. Le nombre de iiolécules situées sur le trajet de la lumière est d'ailleurs proporionnel à l'épaisseur du milieu traversé et à la densité ou à l'état le concentration de la substance active dans ce milieu.
Soit dès lors a l'angle de la déviation, imprimée au plan de vibration d'une radiation déterminée, par une épaisseur l d'une lubstance active dont la densité propre, dans l'état où elle se rouve au moment de l'expérience, est d\ on aura, d'après ce qui )récède :
u = pld, (1)
I étant une constante dont la signification physique se déduit de ;ette même égalité, dans laquelle on fait ^ = 1 et = 1 . On a, en sffet, dans ce cas :
est donc la déviation imprimée à la radiation considérée par une paisseur 1 de la substance, lorsque celle-ci a été amenée à un tat tel que sa densité propre d soit égale à l'unité. Biot a donné . p le nom de pouvoir rotatoire moléculaire. D'après cette définition, le pouvoir rotatoire moléculaire 'une substance devrait être constant. Mais la loi énoncée plus aut, et dont la formule (1) est la traduction algébrique, n'est u'approchée; certains corps s'en écartent même notablement, ou lutôt les molécules des substances actives éprouvent presque Dujours, sous l'influence de la chaleur ou des dissolvants inacis, des modifications plus ou moins grandes de structure qui font lus ou moins varier le pouvoir rotatoire moléculaire. Ce pouvoir
m OPTIQUE.
reste cependant sensiblement constant, entre d'assez grandes limi. tes, pour un grand nombre de substances actives telles que le sucre de canne et le sucre de diabète.
On considère généralement le pouvoir rotatoire moléculaire^^*! relatif au jaune moyen.
Dans le cas particulier (cas qui intéresse plus spécialement le ifl*' médecin et que nous étudierons seul ici) où il s'agit d'une sub^ stance active à pouvoir rotatoire moléculaire constant, dissouteijj' dans un liquide inactif, d représente, dans la formule (1), la den sité de la substance active au sein de la solution, c'est-à-dire
rapport ^ du poids de la substance active au volume de la solution . Il est facile de calculer cette densité d si l'on connaît la rotation «imprimée au plau de vibration, l'épaisseur l de la solutioii'B^. traversée par le liquide et le pouvoir rotatoire moléculaire p^^mÊt, substance dissoute ; on a, en effet:
V pi
On peut tirer de là la valeur du poids p de la substance active» dissoute :
pl
Les quantités v et l peuvent être évaluées par les métbodes ordinaires; il suffit donc, pour les corps dont le pouvoir rotatoire/» est constant et connu, de mesurer a pour pouvoir déduire de la formule (2) le poids de substance active dissoute dans un volume: déterminé de liquide ioactif. On comprend toute l'importance qu'il'i y a pour le médecin à savoir effectuer cette mesure de «, puisqu'elle! permettra, par exemple, de déterminer la quantité de sucre con-) tenue dans une urine diabétique.
454. Polarimètres et Saccharimètres. — Les instruments destinés à évaluer l'angle dont tourne le plan de vibration de li lumière sous l'influence d'une substance active portent le nom dK polarimètres.
Dans certains cas, au lieu d'évaluer directement cet angle, on: annule la déviation du plan de vibration due à la substance active à l'aide d'une lame de quarta produisant une rotation égale et d&
SAGGHARIMÈTBES. 795
sens inverse. De l'épaisseur qu'il faut donner à cette lame pour obtenir rc résultat, on peut déduire l'aTigic dont a tourne le plan de vibration et par suite la quantité de substance active contenue dans la solution examinée. Toutefois il faut alors, si Ton opère avec la lumière blanche, ce qui est le cas général, que la dispersion des plans de vibration par la substance active à doser soit sensiblement la même que la dispersion de ces mêmes plans par le quartz. C'est ce qui arrive, en particulier, pour les diverses espèces de sucre, et les instruments qui, construits sur le principe que nous venons d'indiquer, servent essentiellement au dosage des sucres ont été désignés sous le nom de saccharimètres .
Ces instruments ne pourraient servir pour doserl'acide tartrique par exemple dans une solution ; en effet, celte substance, outre qu'elle n'a pas un pouvoir rotatoire moléculaire constant, ne disperse pas de la môme manière que le quartz les plans de vibration des diverses couleurs simples.
• Les divers modèles de saccharimètres et de polarimètres sont fort nombreux ; nous nous bornerons à décrire ici les plus usités-
455. Saccharimètre de Soleil. — Le saccharimètre de Soleil est constitué dans ses parties essentielles par un nicol polariseurN (fig. 306), une lame de quartz à deux rotations ou biquartz B d'une épaisseur de 3""°. 77, un tube à liquide T, un compensateur ce sur lequel nous reviendrons plus loin, un nicol analyseur A et une lunette de Galilée G-, qui permet à l'observateur de mettre au point pour la surface du biquartz.
Le polariseur et l'analyseur sont fixes et leurs sections principales sont à angle droit. Le biquartz, représenté de champ en B et de face eu B', se compose de deux demi-disques formés, l'un de quartz dextrogyre, l'autre de quartz lévogyre, taillés l'un et l'autre perpendiculairement à l'axe et ayant exactement la môme épaisseur; ces deux demi-disques sont accolés par leur tranche diamétrale de façon à constituer un disque complet.
Le compensateur, imaginé par Soleil et Duboscq, comprend d'abord une lame à faces parallèles Ode quartz dextrogyre taillé perpendiculairement à l'axe, puis le compensateur proprement dit 0' formé de deux lames prismatiques de quartz lévogyre; ces deux lames, qui ont chacune la forme d'un prisme rectangle très allongé, ont été taillées de façon que les faces qui constituent le grand
OPTIQDE.
côté de Tangle droit soient perpendiculaires à l'axe optique. Elles ; sont disposées de façon à pouvoir glisser l'une au-devant de l'autre et à constituer ainsi une lame résultante dont l'épaisseur est variable
I 11^ !î! iV V
Pig. 306. — ThéoHe du gaccIiaHmètre de Soleil.
à volonté, mais dont les faces sont toujours parallèles (chaq prisme de quartz est du reste achromatisé par un prisme de verrl de même angle et tourné en sens inverse). L'une des lames di compensateur C'est, en outre, munied'un index qui se déplace devant une graduation portée par l'autre lame. Lorsque l'épaisseur du compensateur C est égale à celle de lalamedextrogyre C (3""°), l'index :| se trouve devan t le 0 qui est au milieu de la graduation ; il est évident l| que, dans ces conditions, l'effet rotatoire de la lame dextrogyréjj étant exactement détruit par celui des lames lévogyres, l'action de l'ensemble du système C, 0' sur la lumière polarisée est nulle. Il n'en sera plus de môme si l'on fait glisser l'une devant l'autre les lames du compensateur ; l'effet de tout le système 0, C seiSa.' alors dextrogyre ou lévogyre, suivant que l'épaisseur de C sera inférieure ou supérieure à. celle de la lame G. La position dâ l'index devant les traits de la graduation indique du reste, en cen tièmes de millimètre, la différence d'épaisseur du compensateur'^ et de la lame 0 ; cette différence est regardée comme positive ou négative suivant que l'index se trouve d'uu côté ou de l'autre du 0. Le tube à liquide T, en verre doublé extérieurement d'une gar-
SAGCHARIMÈTRES.
niture métallique, est fermé à ses deux extrémités par deux plaques de verre à faces parallèles. Celles-ci sont maintenues par des montures métalliques à vis percées en leur centre d'une ouverture irculaire qui donne passage au faisceau lumineux.
L'appareil décrit, étudions les modifications que va subir un aisceau de lumière blanche qui en traverse successivement les "ifférentes parties. Pour faciliter l'intelligence de ce qui va suivre, eus avons indiqué, au-dessous de chacune des pièces de l'instruent, la direction des vibrations lumineuses dans un plan perpeuiculaire à la direction de propagation de la lumière, après le assage du faisceau lumineux à travers cette pièce. La lumière de la source h est polarisée par le premier nicol N e façon à vibrer suivant SS' dans le plan de la section princiale. Elle traverse ensuite le biquarlz qui fait tourner le plan de ibration de chaque radiation du même angle, mais en sens nverse dans chacune des moitiés du faisceau; la rotation s'effecueraversla droite pour la lumière qui aura traversé la partie dextroyre, vers la gauche pour celle quiaura rencontré la moitié lévogyre. a valeur de l'angle de rotation dépendra du reste de la couleur de a radiation considérée et de l'épaisseur du biquartz. Cette épaisseur 3°"". 77) est d'ailleurs telle que le plan des vibrations de la lumière aune tourne de 90° dans chacune des moitiés du faisceau. En Qmme donc, si l'on suppose que la ligue de séparation HH' des eux moitiés du biquartz coïncide avec la section principale de 'analyseur, la direction des vibrations au delà du biquartz sera, our le rouge extrême, parallèle à. ar dans la moitié droite du aisceau et à ar' dans la moitié gauche ; pour le violet extrême, a direction des vibrations sera de môme av à droite, et av' à auche. Pour les couleurs intermédiaires, les directions des plans e vibration seront de môme symétriques par rapport à HFI' et emprises respectivement dans les angles rav, r'av'.
Supposons un moment que le tube T contienne un liquide inactif t que le compensateur soit au 0, c'est-à-dire que les deux parties évogyre et dextrogyre Cet 0' détruisent mutuellement leurs effets, es directions des vibrations des diverses lumières simples des eux moitiés du faisceau s'effectueront, après le passage à travers ecorapcnsuieur, suivant les mômes directions qu'en II à la sortie U biquarlz (lig, m, IV). L'analyseur A, dont la section prin-
cipale est perpendiculaire à celle du polariseur N et qui éteint en conséquence les vibrations dirigées suivant SiS'i, supprimera dans chaque moitié du faisceau, les vibrations jaunes ; les deux moitiés, privées des mêmes radiations simples, apparaîtront donc à l'œil observateur O, avec la même coloration.
Supposons maintenant que le tube T contienne un liquide actif dextrogyre. Ce liquide fera tournera droite, et de la môme quantité angulaire, comme l'indique la figure 306 eu III, le plan de vibration de chaque radiation des deux moitiés du faisceau. La symétrie qui existait par rapport à HH' sera en conséquence détruite.
Si donc rien n'est changé au compensateur, l'analyseur éteignant d'ailleurs encore les vibrations parallèles à SiS'j, c'est une couleur voisine du violet qui' sera supprimée dans la moitié gauche du faisceau et une couleur voisine du rouge qui manquera dans la moitié droite ; la couleur de la moitié gauche du faisceau tirera' donc sur le rouge, celle de la moitié droite sur le violet. É
Il faudra, pour rétablir l'égalité de teinte, ramener le plan de vibration de chaque radiation à sa direction primitive (Qg. 306, IV) On y parviendra en augmentant l'épaisseur de la partie lévogyre 0' du compensateur, à condition toutefois que la substance active et le quartz impriment aux plans de vibration des différentes couleurs des déviations qui soient entre elles dans le môme rapport.
Connaissant la différence d'épaisseur qui existe, lorsque l'égalité de teinte est rétablie, entre l'ensemble des deux lames 0' du compensateur et Iti lame de quartz dextrogyre C, différence qui est indiquée par la position de l'index sur la graduation, il sera possible de calculer l'effet rotatoire de la solution examinée sur les vibrations jaunes par exemple; on déduira de là la quantité de substance active contenue dans la solution du tube T.
On peut aussi arriver plus simplement au môme résultat grâce aux considérations suivantes.
Les divisions de la graduation du compensateur correspondent, nous l'avons déjà dit, à une épaisseur de quartz de un centième de millimètre ; elles constituent ce que l'on appelle un degré sacchar imétrique. Si l'on détermine empiriquement la valeur eu sucre du degré saccharimôtrique dans des conditions bien déterminées,il serafacile dedéduire du nombre de degrés saccharimétriques, trouvés pour une solution examinée dans les mômes conditions, la
SACGHÂRIMÈTRES. 799
uantité de sucre qu'elle renferme. On comprend du reste que l'on uisse déterminer facilement la valeur en sucre du degré saccharilétrique, en examinant une solution de titre connu et en cherbanl le nombre de degrés dont il faut déplacer le compensateur our rétablir l'égalité de teinte que cette solution a détruite. On a •ouvé ainsi qu'une solution contenant 163s''.50 de sucre de canne ar litre, examinée sous une épaisseur de 20 centim., marque 00° ; une solution de sucre de diabète de môme titre marque îulement 73° dans les mêmes conditions. La valeur du degré
accbarimétriqueestdoncde î^5l 5i' = lgr.635 pour le sucre de
anne, de = 2g^239 pour le sucre de diabète. Quand une
olution de l'une de ces substances, examinée sous une épaisseur e20 centim., marquera n degrés saccbarimétriques, cela signifiera ODC qu'elle contient, suivant le cas, i2Xl«''.635 de sucre de canne u nx2s'.239 de sucre de diabète par litre. 456. Producteur des teintes sensibles. — Nous avons dit ue, par suite de l'épaisseur cboisie pour le biquartz, la teinte ommune des deux moitiés du faisceau était la teinte dite sensible irsque, letube à liquide étant vide ou contenant un liquide inactif , 1 compensateur était au 0 ; il en est généralement de même lorsque action d'un liquide actif est compensée par un déplacement conenable des lames du compensateur. Cependant, si le liquide mployé est suffisamment coloré, on obtient bien dans ces condi- .ons l'égalité de teinte, mais non plus la teinte sensible. D'un utre côté, la teinte que nous avons désignée sous le nom de teinte ensible n'est pas la plus sensible pour tous les observateurs.
Afin de permettre à chaque observateur de réaliser, dans tous les as, la teinte la plus sensible pour ses yeux, Soleil et Duboscq ont isposé à l'une des extrémités du saccharimètre une lame de quartz aillée perpendiculairement à l'axe et un troisième prisme de Nicol; e système constitue le producteur des teintes sensibles. 'Nous avons 'U (§ 450) qu'un pareil système permettait de donner au faisceau umineux qui le traverse une coloration qui dépend de l'orientation iela section principale du nicol. Lors donc qu'on a obtenu, comme lOus l'avons déjà indiqué ci-dessus, l'égalité de teinte des deux loiliés du faisceau lumineux qui a traversé la substance active,
unesiQiple rotation du producteur des teintes suffit pour donner à la teinte unil'ormo du faisceau, et sans détruire celte uniformiié, telle coloration que l'on désire. Chaque observateur pourra donc toujours réaliser ainsi la teinte qui est pour lui la plus sensible.
457. Saccharimètres à pénombre. — L'emploi du saccbari. mètre de Soleil est basé sur l'appréciation de l'identité des teintes des deux moitiés d'un faisceau lumineux; or l'identité de teintes paraît, en général, être moins exactement appréciée qu'une égalité d'intensité lumineuse de deux plages voisines. De là la préférence souvent accordée aux saccharimètres à pénombre sur le saccharimètre que nous venons de décrire.
Le saccharimètre de Cornu et J. Duboscq et celui de Laurent, que nous allons décrire, sont des saccharimètres à pénombre.
Ces instruments sont constitués, dans leurs parties essentielles, par un appareil polarisant, un tube à liquide et un nicol analyseur; la théorie générale est la même pour les deux, aussi l'exposeronsnous d'abord et décrirons-nous ensuite les particularités propres à chaque instrument.
Les deux moitiés d'un faisceau lumineux monochromatique de forme cylindrique sont, par un procédé différant dans chaque saccharimètre, polarisées dans des plans distincts et non perpendi-. culaires entre eux ; les vibrations lumineuses, qui s'effectuent par exemple parallèlement à OV (Qg. 307, I) dans la moitié droite, se font parallèlement à OV dans la moitié gauche du faisceau.
L'angle VOV formé par les directions des plans de vibration dans les deux moitiés du faisceau est tantôt fixe (polarimètre Cornu et J. Duboscq), tantôt variable au gré de l'observateur (polarimètre Laurent). Quoi qu'il en soit, le plan de séparation des deux moitiés du faisceau est toujours dirigé suivant la bissectrice BB' de l'angle formé par les directions OV,OV' des vibrations dans ces deux moitiés.
Supposons que le faisceau, constitué comme nous venons de l'indiouer, arrive jusqu'à l'analyseur sans subir de modifications ; la décomposition des vibrations incidentes suivant la section principale et suivant une direction normale à cette section, montre que les deux moitiés du faisceau transmis par cet analyseur ne pourront avoir même intensité lumineuse que si la section principale de l'analyseur est également inclinée sur les directions OV,OV'
SACCHARIMÈTRES. 801
des plans de vibration des deux moitiés du faisceau incident. Pour qu'il en soit ainsi, il faut et il suifitque cette section principale soit parallèle, ou perpendiculaire (fig. 307, I), à la bissectrice BB' de
Fig. 307. — Théorie du Saccharimètre à pénombre.
is directions, car les composantes vibratoires Ou,Ou' suivant la irection de la section principale seront alors égales. L'intensité lumineuse uniforme ffîg. 307, 1'} des deux moitiés du .isceau dépendra du reste de la valeur commune de l'angle que ira, dans chaque moitié du faisceau, la direction du plan de" vibraon avec la section principale de l'analyseur. Supposons que cette ».ction principale soit dirigée suivant 8S' (fîg. 307, I), perpendiilairement au plan de symétrie BB';la moindre rotation de analyseur (6g. 307, II), ou du plan de symétrie, suffira pour ^truire l'égalité d'éclairement (fig. 307, II'), caries composantes bratoires Ov.Ov' suivant la nouvelle direction de la section rmcipale S8' seront alors inégales entre elles. Si nous plaçons, en avant de l'analyseur et sur le trajet du .isceau lummeux, une substance active, celle-ci fera tourner ' p an de vibration de la lumière d'un même angle a dans les deux moitiés du faisceau (fig. 307, ITI). La bissectrice OB de l'an "le Tme par les nouvelles directions OV,Or de ces plans aura do°nc issi tourne de l'angle «; elle ne sera plus perpendiculaire a Ta ion prmcipale SS' de l'analyseur, les composantes 0.,^ ' ^root megales et les deux moitiés du faisceau transmis par l'ana- IMBRKT. - Physique biolog. ^
lyseur ne posséderont plus la môme intensité lumineuse (Qg. 307, III'). Il faudra, pour rétablir l'égalité, faire tourner la section principale de l'analyseur d'un angle et, de manière à rendre cette section perpendiculaire à la nouvelle direction OB de la bissectrice. La valeur de cet angle, qu'il est facile de mesurer, fera connaître la déviation imprimée par la substance active au plan de vibration, et l'on déduira de là la quantité de substance active contenue dans le liquide examiné ,
Ajoutons que, pour obtenir une lumière monochromatique, on place dans la flamme d'un bec Bunsen, brûlant à bleu, un petit panier de platine contenant des fragments de chlorure de sodium fondu. La lumière ainsi produite est encore purifiée par une lame de bichromate de potasse qui, placée en avant du système polarisant, ne laisse passer que les rayons jaunes.
458. Polarimètre de Cornu et J. Duboscq. — Oet instrument est constitué par une lame de bichromate de potasse, dont nous venons d'indiquer l'utilité, un polariseur, un analyseur et une lunette de Galilée. Le tube à liquide se place entre le polariseur et l'analyseur. Le polariseur est fixe et construit de la manière suivante; on divise un prisme de Nicol en deux parties égales par un trait de scie passant par sa section principale, puis on recolle les deux parties après avoir enlevé, sur la face de section de chacune d'elles, un petit prisme d'un angle de 2''30'. Les sections principales des deux moitiés du nicol, qui, ainsi modifié, porte le nom de prisme de Jelett et Cornu, font dès lors entre elles un angle de 5°. Les vibrations transmises par chacune des moitiés du polariseur ainsi obtenu seront parallèles à la section principale de cette moitié. Ainsi se trouvera réalisée la disposition que nous avons indiquée ci-dessus.
Il suffira par suite, pour évaluer l'effet rotatoire d'une substance active, de mesurer l'angle a dont il faut faire tourner l'analyseur pour rétablir l'égalité d'éclairement détruite par l'interposition de cette substance. L'analyseur, mobile autour de l'axe de l'instrument, est, à cet effet, muni d'une alidade qui se déplace sur un cercle gradué en degrés de circonférence, disposition qui permet de mesurer l'angle «. Oet angle connu, on pourra en déduire la proportion de sucre contenue dans la solution examinée ; il suffira ; pour cela d'examiner toute solution sous une épaisseur constante,
SAGGHARIMÉTRIE.
20 centicn. par exemple, et d'avoir déterminé préalablement la valeur en sucre, dans ces conditions, du degré de circonférence. Cette valeur est de 76^53 par litre de solution pour le sucre de canne, de 98^92 pour le sucre de diabète. Du reste, le cercle sur lequel se déplace l'alidade porte généralement une seconde graduation qui permet d'évaluer le déplacement de l'analyseur en centièmes de millimètre de quartz ou en degrés saccharimétriques; nous avons déjà donné la valeur de ces degrés à propos du saccharimètre de Soleil.
459. Diabétométre d'Yvon et de J. Duboscq. — Oet instrument ne diffère du précédent que par la disposition du cercle gradué et par la valeur des degrés. Le cercle est, en effet, placé sur le côté droit de l'instrument, et une disposition spéciale permet de mesurer, à l'aide de ce cercle, les déplacements de l'analyseur. Ces déplacements ne s'évaluent d'ailleurs ni en degrés de circonférence, ni en degrés saccharimétriques. La graduation a été établie empiriquement de telle sorte que chaque degré corresponde à 1 gr. de sucre par litre d'urine, celle-ci étant examinée sous une épaisseur de20centim.; on évite ainsi tout calcul. Oet instrument, exclusivement destiné à la détermination de la quantité de sucre contenue dans les urines diabétiques, est désigné sous le nom de diabétomètre.
460. Polarimètre de Laurent. — Le polarimètre de Laurent ne diffère de celui de Cornu et J. Duboscq que par la disposition du système polarisant. Le prisme de Jelett et Cornu est ici remplacé par un prisme de Nicol ordinaire et par une mince lame de gypse, de mica ou de quartz placée au delà du nicol. Ce nicol polariseur est mobile autour de l'axe de l'instrument ; quant à la lame mince, elle ne recouvre que la moitié d'un diaphragme circulaire, destiné à limiter le faisceau lumineux qui va traverser la substance active, et n'agit donc que sur les vibrations lumineuses de l'une des moitiés de ce faisceau. Cette lame est taillée parallèlement à l'axe, et son bord diamétral BB' (fig. 307, I) est lui-môme parallèle à cet axe ; on lui a en outre donné une épaisseur spéciale qui est dite d'une demi-onde. L'effet de cette lame, effet que nous nous bornerons à indiquer ici sans l'expliquer, consiste à donner au plan de vibration de la lumière qui la traverse une direction symétrique, par rapport à l'axe BB' de la lame, de la direction
du plan de vibration de la lumière polarisée par le nicol, quelle que soit du reste cette direction. Si donc la section principale du nicol polariseur, ou, ce qui revient au même, le plan de vibration de la Lumière incidente, n'est ni parallèle, ni perpendiculaire à l'axe de la lame, les directions des plans de vibration des deux moitiés du faisceau, symétriques par rapport à BB', seront, par exemple, les deux droites OV, OV. Ainsi se trouvera réalisée la disposition obtenue dans l'appareil précédent avec le prisme Jelett et Cornu et sur laquelle nous avons déjà insisté.
L'avantage de la disposition imaginée par Laurent consiste en ce qu'il suffit de changer Tangle que fait, avec Taxe de la lame demi-onde, la section principale du polariseur, pour faire varier de la même quantité l'angle que fait, dans chaque moitié du faisceau, le plan de vibration de la lumière avec le plan de symétrie.
La sensibilité de l'instrument est d'autant plus grande que la valeur de cet angle est plus petite, mais l'intensité lumineuse transmise est aussi d'autant plus faible. La sensibilité a par suite une limite qui dépend de la transparence du liquide sur lequel on opère. Il faut, en effet, donner au faisceau lumineux une intensité d'autant plus grande que le liquide soumis à l'examen est moins limpide ou qu'il est observé sous une épaisseur plus grande. L'observateur peut en somme régler à volonté la sensibilité de son instrument en faisant tourner la section principale du polariseur. Cette rotation ne modifie du reste en rien l'égalité d'intensité lumineuse des deux moitiés du faisceau, lorsque celle-ci a été préalablement établie par une orientation convenable de l'analyseur.
Le saccharimètrede Laurent est gradué, comme celui de Cornu et J. Duboscq, en degrés de circonférence et en degrés saccharim étriqués.
L'instrument que nous venons de décrire exige l'emploi de la lumière monochromatique; grâce à l'addition d'un compensateur de Soleil et J. Duboscq, Laurent a transformé cet instrument de manière à permettre l'emploi de la lumière blanche.
461. Dosage du sucre dans l'urine à l'aide des saccharimètres. — Il importe, avant d'examiner l'urine au saccharimèlreet quel que soit d'ailleurs l'appareil employé, de débarrasser ce liquide des matières colorantes qu'il contient. Pour cela, on prend 200 centim. cubes de l'urine à examiner, on y verse 20 c. cubes
SAGCHARIMÉTRIE. CHROMATOMÈTRE. 805
d'une solution saturée de sous-acétate de plomb, et l'on filtre pour séparer le précipité qui se forme ainsi ; le liquide filtré est en général suffisamment limpide et suffisamment incolore pour qu'on puisse procéder au dosage. S'il n'en était pas ainsi, on ajouterait à ce liquide filtré le tiers de son volume de noir animal lavé, on agiterait pendant quelques instants et Ton filtrerait à nouveau. On obtiendrait dans ces conditions un liquide complètement incolore. Quoi qu'il en soit, il faudra tenir compte, lors du dosage, de la dilution (10%) que l'on a fait subir à l'urine pour la décolorer; il suffit pour cela d'augmenter de un dixième la quantité du sucre indiquée par l'instrument qui a servi au dosage. On peut éviter cette correction en examinant l'urine diluée sous une épaisseur supérieure de un dixième à celle pour laquelle l'instrument a été gradué. A cet effet, les saccharimètres sont, en général, munis de deux tubes à liquide, l'un de 20 centim. de long, l'autre de 22°. Si l'on fait usage de ce dernier, la quantité de sucre directement déduite des indications de l'instrument sera bien celle qui est réellement contenue dans l'urine; si l'on se sert du premier tube, au contraire, il faudra, comme nous venons de le dire, augmenter de un dixième la quantité de sucre déduite des indications du saccbarimètre.
Il arrive parfois que l'urine renferme de l'albumine ; comme cette substance jouit d'un pouvoir rotatoire considérable, il est nécessaire de l'éliminer. On y parvient en versant avec précaution un peu d'acide acétique dans un volume déterminé d'urine, 100 centim. cubes par exemple, cbauffant à l'ébullition dans un petit ballon et filtrant. On doit ajouter de l'eau distillée au liquide filtré jusqu'à ce qu'il occupe exactement le volume primitif (100 centim. cubes) ; mais cette eau doit préalablement avoir été employée à laver le ballon et le filtre. Un moyen plus sûr encore pour éliminer toute l'albumine consiste à la précipiter par l'addition d'une quantité suffisante d'alcool concentré. Une simple filtration permet alors de séparer l'albumine ; mais il faut tenir compte, pour l'évaluation de la quantité de sucre contenue dans l'urine, de la proportion d'alcool ajouté, ou, si l'on veut éviter cette correction, ramener le liquide, par évaporalion, à son volume primitif.
462. Chromatomètre de Rose. — Cet instrument, destiné à reconnaître l'existence de la dyscbromatopsie, utilise les pbénomènes de coloration produits par la polarisation rotatoire, tandis
que le chromatoptomètre de Oollardeau, Izarn et Chibret (§ 445) est basé sur l'apparition des couleurs dues à la polarisation cLromatique.
Le cbromatomètre de Rose a la forme d'un microscope et se compose: 1° d'un miroir destiné à renvoyer dans le corps de l'instrument la lumière diffuse des nuées ; 2° d'un nicol polariseur ; 3° d'un spath biréfringent ; 4° d'une lame de quartz taillée perpendiculairement à l'axe ; 5° d'un nicol analyseur.
Les deux, faisceaux fournis par le spath donnent chacun, à travers l'analyseur, un faisceau ordinaire, et ces deux faisceaux sont colorés de couleurs complémentaires par leur passage à travers la lame de quartz. La rotation de l'analyseur fait changer les teintes dont sont colorés les deux faisceaux transmis, et la rotation du polariseur fait varier l'intensité lumineuse de ces faisceaux, ce qui permet de noter, grâce à des graduations convenables, les couleurs complémentaires confondues et l'intensité minima à partir de laquelle la confusion se produit ; avec le chromatoptomètre on lave de blanc, au contraire, les couleurs complémentaires jusqu'à amener leur confusion.
