Principe de la polarimétrie

Une radiation électromagnétique se propage en créant simultanément un champ électromagnétique et un champ magnétique, perpendiculaires à la direction de propagation et vibrant dans toutes les directions.

La lumière est polarisée lorsque la vibration du vecteur électrique a lieu dans un plan fixe.

Certains matériaux polarisent la lumière, c’est à dire qu’ils ont la propriété de ne laisser passer que la composante des ondes vibrant selon un plan déterminé.

En lumière visible, on utilise le prisme de Nicol. Il est formé par 2 moitiés d’un cristal de carbonate de calcium naturel (calcite) coupées sous des angles déterminés et recollées avec une résine appelée baume du Canada.

Certaines substances, notamment celles dont la molécule ne présente pas de plan de symétrie, ont la propriété de pouvoir faire tourner le plan de polarisation de la lumière polarisée. Ces substances sont dites optiquement actives ; elles possèdent un pouvoir rotatoire.

L’intensité de l’activité optique d’une substance chirale dépend de sa nature et des conditions expérimentales de la mesure. La rotation observée a d’un échantillon est exprimée dans l’équation suivante :

a = [a]_lt.l.c loi de Biot

dans laquelle :

• a : rotation observée, exprimées en degrés (°)
• [a]_lt : rotation spécifique à une température t, pour une longueur d’onde déterminée (souvent à 20°C et pour la raie D du sodium) exprimée en °.g^-1.cm² et noté [a]D20.
• l : longueur du trajet optique dans l’échantillon exprimée en centimètre (cm)
• c : concentration massique en g.cm^-3

Il existe une autre unité, utilisée dans l’industrie sucrière : le degré saccharimétrique.

La valeur de 100° sucre est donnée par une solution de 26 g de saccharose dissous dans 100 mL d’eau. Un degré sucre correspond à 0,0173 degré d’angle. Cette mesure permet la détermination de concentration de solutions sucrées.

On appelle une substance dextrogyre, une substance qui fait tourner la lumière polarisée dans le sens des aiguilles d’une montre (a>0) et une substance lévogyre, une substance qui fait tourner la lumière polarisée dans le sens inverse des aiguilles d’une montre (a<0).

Description sommaire du polarimètre de Laurent

                           Lame ½ onde                                     vernier

Ses caractéristiques essentielles sont les suivantes :

• une source lumineuse, généralement une lampe à vapeur de sodium qui produit une lumière monochromatique dont la longueur d’onde est 589,3 nm (raie D du sodium)
• un polariseur et un analyseur qui sont des prismes de Nicol
• un tube polarimétrique de longueur variable pouvant contenir l’échantillon pur ou en solution
• un vernier permettant la mesure de l’angle de déviation

Lumière reçue par l’œil

On observe dans l’oculaire, 2 demi-plages semi-circulaires, d’intensité différente, dans le cas le plus général.

Elles correspondent :

• pour l’une à la lumière ayant traversé le polariseur, la solution et l’analyseur (trajet1)
• pour l’autre à la lumière ayant traversé le polariseur, la lame demi-onde, la solution et l’analyseur (trajet 2)

Si les axes du polariseur et de l’analyseur sont parallèles, toute la lumière passe ; s’ils sont perpendiculaires, il y a extinction, aucune lumière ne passe.

Le système d’analyse revient à faire coïncider 2 plages de luminosités différentes dans un oculaire, jusqu’à égalité de la luminosité des 2 plages.

Il suffit de lire l’angle de déviation sur le vernier.

Applications de la polarimétrie

Plusieurs applications de la polarimétrie sont possibles telles que par exemple :

• Mesure du pouvoir rotatoire spécifique du dextrose
• Dosage du lactose du lait
• Détermination du % de saccharose dans une betterave