Bibliographie & annexes
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English
Auteur(s)
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Claude VÉRET : Ingénieur diplômé de l’École supérieure d’optique - Docteur-ingénieur de la faculté des sciences de Paris
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Dans le vide, le rayonnement électromagnétique, quelle que soit sa fréquence (ou sa longueur d’onde), se propage à vitesse constante.
Mais, lorsqu’il doit traverser un milieu matériel, il subit des interactions de diverses natures qui entraînent des modifications à sa propagation telles que :
-
atténuation en fonction de la distance traversée : absorption ;
-
modification de sa répartition spatiale : diffusion ;
-
réduction ou dédoublement de sa vitesse de propagation : réfraction, polarisation ;
-
variation de la vitesse de propagation avec la fréquence : dispersion ;
-
changement de fréquence : fluorescence ;
-
et autres effets secondaires.
Dans les domaines de fréquence du rayonnement pour lesquels l’absorption est peu importante, les modifications de la vitesse de propagation d’un rayonnement sont susceptibles d’apporter des informations sur la nature et/ou les conditions physiques (pression, température) d’un milieu traversé, quel qu’en soit son état (gazeux, liquide ou solide).
C’est ainsi que l’indice de réfraction absolu n d’un milieu par rapport au vide est défini comme le rapport c/v de la vitesse de propagation c d’un rayonnement électromagnétique monochromatique dans le vide à sa vitesse v dans ce milieu.
La réfractométrie photonique (domaines des radiations ultraviolettes, visibles et infrarouges) est l’ensemble des techniques de mesure des indices de réfraction, susceptibles de jouer un rôle en analyse chimique.
Les mesures réfractométriques ne sont applicables qu’à des milieux optiquement transparents. Cependant, les gels et les liquides opaques ou fortement teintés peuvent être analysés par certaines méthodes ne nécessitant qu’une très petite quantité de produit.
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Métrologie des indices de réfraction
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1. Rappels théoriques
L’onde électromagnétique du rayonnement incident sur les molécules exerce, sur les électrons des atomes constituants, des forces qui les mettent en mouvement. Ces forces communiquent à ces électrons des accélérations de sorte que les molécules se trouvent dans des conditions d’émettre, à leur tour, un rayonnement. C’est ainsi que, au cours de la traversée d’un milieu matériel, tout un ensemble d’ondes secondaires en très grand nombre se superpose à l’onde incidente. Il en résulte les phénomènes complexes observés d’absorption, de diffusion, de réfraction, de fluorescence…
Pour tenter d’expliciter ces phénomènes d’interaction lumière-matière, une théorie a été établie, en admettant l’hypothèse simplificatrice impliquant que l’électron mobile n’est soumis qu’au champ électrique produit par l’onde excitatrice, en négligeant les champs produits par les molécules environnantes, elles-mêmes éclairées par l’onde incidente. Cette théorie aboutit à l’établissement d’une relation fondamentale, dite de Lorentz-Lorenz. La quantité :
avec :
- n :
- indice de réfraction du milieu traversé,
est proportionnelle à la densité d de ce milieu.
Si l’hypothèse est proche de la réalité lorsque les molécules du milieu traversé sont assez distantes les unes des autres, comme c’est quasiment le cas des milieux gazeux, il n’en est pas de même dans les milieux denses, solides et liquides. En conséquence, il ne faut pas s’étonner que, dans ces milieux denses, l’application de la relation de Lorentz-Lorenz conduise à des écarts sur les valeurs d’indice, pouvant dépasser 10 % pour des liquides, par rapport à des valeurs expérimentales.
Pour un corps simple, contenant des molécules d’une seule espèce, on définit la réfractivité moléculaire R comme le produit de sa constante de réfraction par sa masse moléculaire M :
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Rappels théoriques
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
1 Constructeurs - Distributeurs
Le tableau 1 contient une liste d’entreprises assurant la distribution en France d’instruments scientifiques et, en particulier, de réfractomètres.
À côté des noms de ces entreprises est indiqué le type de matériel mis sur le marché, sous la forme suivante.
-
A : réfractomètres d’Abbe
Ces appareils, à visée dans un oculaire, permettent des mesures d’indices de réfraction entre 1,3 et plus de 1,8 avec une incertitude de 1 à 2 unités de la quatrième décimale, l’échantillon étant placé dans une enceinte thermostatée à température ajustable au degré près. Les mesures de concentration d’un composant s’y effectuent à quelques dixièmes de pour-cent près.
-
B : réfractomètres à main
La plupart des entreprises proposent toute une gamme d’instruments, chacun d’eux adapté à la mesure d’un composant dans un mélange donné comme :
-
le sucre dans du jus de fruit, du miel, de la confiture ou des sauces ;
-
le chlorure de sodium dans des préparations culinaires, dans l’eau de mer naturelle ou artificielle utilisée dans des aquariums ;
-
ou encore pour déterminer la pureté d’une huile ou la charge d’un accumulateur d’après la densité de l’électrolyte ainsi que pour les analyses médicales, la détermination de teneur en protéines d’un sérum ou de la densité de l’urine…
Les appareils, à visée dans un oculaire, contiennent des échelles de mesure adaptées à chacun des cas, la précision dépendant de l’étendue de la gamme de mesure de l’appareil, mais étant toujours meilleure que...
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