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Fonction
Mesure de la concentration en saccharose d’une solution sucrée
Description, fonctionnement
Pour mesurer la concentration C (masse de soluté par unité de volume de solution) d’une solution sucrée en saccharose, on place celle-ci dans un tube cylindrique de longueur l, fermé par deux lames de verre et que traverse de la lumière polarisée rectilignement. On mesure à la sortie de ce tube la rotation a du plan de polarisation et on applique la loi de Biot: a = a0 C, formule dans laquelle a0 est appelé « pouvoir rotatoire spécifique » de la substance active dissoute ; ce coefficient dépend de la longueur d’onde (« dispersion rotatoire ») et assez peu de la température.
Les appareils utilisés pour la mesure de la rotation a produite par une substance active quelconque sont appelés « polarimètres ». On appelle saccharimètres les polarimètres spécialisés qui donnent par lecture directe sur une « échelle saccharimétrique » le titre en saccharose (en grammes pour 100 g d’échantillon).
On place un polariseur devant le tube, et un analyseur en arrière de celui-ci. En l’absence de substance active on tourne l’analyseur jusqu’à extinction. Puis on introduit la substance active et on mesure sur un cercle gradué l’angle a dont il faut tourner l’analyseur pour rétablir l’extinction.
le compensateur |
Il est préférable de diviser le champ en deux parties et de « pointer » la direction du plan de polarisation, en égalisant les éclairements des deux moitiés du champ par rotation de l’analyseur. Dans le polarimètre de Laurent, analyseur et polariseur sont des prismes de Nicol et, pour une moitié du champ, la lumière traverse une lame demi-onde (analyseur à pénombre). Un viseur permet à l’œil d’observer le plan de la lame demi-onde.
Dans le saccharimètre Soleil, la lumière traverse successivement : un diaphragme d’entrée, un polariseur (prisme biréfringent) dont le plan de polarisation est vertical, une lame Q, puis le tube destiné au liquide actif, puis le « compensateur de Soleil », l’analyseur, et enfin une optique permettant d’observer Q.
La lame Q est faite de deux lames demi-circulaires, accolées par leur commun diamètre, en quartz, de même épaisseur, mais l’un dextrogyre et l’autre lévogyre : on observe alors deux plages inégalement colorées en général. Le tube étant vide un préréglage permet d’obtenir même coloration pour les deux plages. Le tube rempli d’une solution de saccharose, fait tourner le plan de polarisation et détruit l’égalité des deux plages. On rétablit cette égalité non plus par rotation de l’analyseur, mais par compensation.
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C’est ici qu’intervient le « compensateur de Soleil ». Le saccharose ayant fait tourner le plan de polarisation d’un angle a vers la droite, Soleil a l’idée de placer à la suite une lame de quartz lévogyre dont on règle l’épaisseur de telle sorte qu’elle fasse tourner le plan de polarisation d’un angle - a ce que l’on constate par l’égalité de couleur et d’intensité lumineuse des deux moitiés de Q. La variation d’épaisseur est obtenue par translation d’un prisme G de quartz lévogyre, d’arête verticale dont l’épaisseur s’ajoute à celle d’un prisme fixe G’, de même angle, d’arête verticale, de quartz lévogyre. Une lame fixe D, à faces parallèles, de quartz dextrogyre permet d’obtenir avec l’ensemble une rotation réglable et positive, négative ou nulle. La translation horizontale de G est obtenue à l’aide d’une vis micrométrique, et repérée sur une règle avec vernier.
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La dispersion rotatoire du quartz, étant, par hasard, sensiblement égale à celle du saccharose, il est possible d’opérer en lumière blanche.
L’appareil est formé de deux parties pouvant être déplacées et immobilisées sur une glissière. On introduit le tube entre ces deux parties. On dispose de deux tubes, le plus court devant être utilisé pour les solutions concentrées.
L’appareil porte l’inscription « J. Duboscq à Paris » ce qui situe sa fabrication (voir plus loin) vers les années 1850,1880.
Etienne Louis Malus, physicien français (1775-1812): outre d’importants travaux en optique géométrique, il étudia le phénomène de double réfraction et observa, le premier, la polarisation par réflexion (1808). Il établit la loi de variation de l’intensité lumineuse par rotation de l’analyseur traversé par de la lumière polarisée (1811). Dominique François Arago (1786-1853) et Thomas Seebeck (allemand 1770-1831) ont observé, sans l’étudier, la polarisation rotatoire. Celle-ci fut observée en 1812 par Biot, à qui revient le mérite de son étude.
Jean-Baptiste Biot (1774-1862) établit l’origine céleste des météorites (1803) effectua avec Arago la mesure de densités de gaz (1806), participa de 1806 à 1807 avec Arago à la mesure d’un arc de méridien. Il comprit, en 1812, la polarisation rotatoire et en établit les lois, et découvrit, en 1815, le pouvoir rotatoire de certains liquides, inventa le premier saccharimètre, effectua avec Savart, l’étude quantitative des interactions entre courants et aimants (1820, loi de Biot et Savart). Il connut à la fin de sa vie la séparation par Pasteur des cristaux dextrogyres et lévogyres du tartrate de sodium et d’ammonium et reçut Pasteur pour lui demander de refaire l’expérience devant lui et pour le féliciter.
Jean-Baptiste Soleil (1798-1878) célèbre opticien français a été le fournisseur en instruments de précision des savants de son époque (Fresnel, Arago, Foucault, Babinet, Delezenne). Il est l’inventeur du compensateur qui porte son nom.
Jules Duboscq (1817-1885) fut l'élève, le gendre et le successeur de Soleil. Il améliora les appareils qui ont fait la réputation de son beau-père et notamment ce saccharimètre qui porte sa marque, ce qui permet de le dater approximativement car il dirigea la maison Soleil de 1849 à 1883.
