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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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Lire l’articleINTRODUCTION
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 :
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atténuation en fonction de la distance traversée : absorption ;
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modification de sa répartition spatiale : diffusion ;
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réduction ou dédoublement de sa vitesse de propagation : réfraction, polarisation ;
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variation de la vitesse de propagation avec la fréquence : dispersion ;
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changement de fréquence : fluorescence ;
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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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3. Utilisation en analyse chimique
3.1 Substances analysables par réfractométrie
En premier lieu, les mesures réfractométriques ne sont applicables qu’à des milieux optiquement transparents. Cependant, pour certaines méthodes telles que celle de l’angle limite, il suffit d’une très faible quantité de matière pour effectuer une mesure convenable. Ainsi, même si un liquide ou un gel ont, en masse, un aspect opaque ou fortement teinté, une goutte ou une lame mince de la substance seront suffisamment transparentes pour qu’il soit possible d’effectuer des mesures significatives.
Notons ensuite que la méthode à utiliser pour mesurer l’indice d’un corps dépend de l’état dans lequel il se trouve.
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Solides
Les matériaux solides transparents (verres d’optique, cristaux naturels ou artificiels) ont des indices de réfraction qui se situent entre 1,3 et plus de 2 [1]. En ce cas, ce sont les méthodes de réfraction (réfractomètres d’Abbe et de Pulfrich) et celles d’immersion [1] qui sont les plus utilisées.
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Liquides
Les liquides et les substances gélifiées ont des indices de réfraction se situant en majorité dans la gamme 1,3 à 1,7 (tableau 1), celui de plus fort indice étant le bromonaphtalène d’indice égal à 1,658.
Mais l’indice d’une substance pure liquide ou gélifiée varie, à la fois, avec la longueur d’onde λ du rayonnement qui le traverse et avec les conditions physiques de température T et de pression p dans lesquelles il se trouve. Ainsi, lorsque l’on donne la valeur de l’indice de réfraction d’un liquide ou d’un gel, il est nécessaire d’indiquer les valeurs de ces trois paramètres λ, T et p. De plus, comme les relations entre l’indice et l’un de ces paramètres ne sont pas toujours linéaires, il pourra être utile d’ajouter aux données les valeurs des variations relatives d n /dλ, dn /dT et dn /dp.
Enfin, lorsque la substance est un mélange de plusieurs composants chimiques, l’indice de réfraction varie selon la proportion de ces composants. C’est cette propriété qui est, dans certains cas, utilisée par les chimistes comme moyen d’analyse d’une substance.
Exemplesolution aqueuse sucrée.
Le tableau ...
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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.
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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.
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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 :
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le sucre dans du jus de fruit, du miel, de la confiture ou des sauces ;
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le chlorure de sodium dans des préparations culinaires, dans l’eau de mer naturelle ou artificielle utilisée dans des aquariums ;
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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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