Le Polarimètre - Université d'Angers

Le Polarimètre
Sébastien Sourisseau

Table des matières
Introduction.................................................................. 5
Chapitre I. Polarimétrie....................................................7
1. Définitions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2. Loi de Biot. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Chapitre II. Description....................................................9
Chapitre III. Utilisation..................................................... 13
1. Préparation du polarimètre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2. Mesures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Introduction
IMG. 1

1. Définitions
Chapitre
I
Polarimétrie
Substance optiquement active (ou chirale)
Substance dont l'image dans un miroir plan ne lui est pas superposable. Cette
espèce ne possède ni plan, ni axe, ni centre de symétrie.
Pouvoir rotatoire
Un composé est optiquement actif lorsqu'il provoque une rotation angulaire,
appelée pouvoir rotatoire, du plan de polarisation d'une lumière
monochromatique préalablement polarisée par un cristal biréfringent appelé
polariseur.
Exemple
♦ En chimie organique :
composés contenant un carbone asymétrique.
♦ En chimie inorganique :
quartz.
♦ Un cristal biréfringent possède la propriété de ne conserver d’une lumière incidente
quelconque (vibrations lumineuses orientées dans toutes les directions de l’espace)
qu'une lumière constituée de vibrations coplanaires : on dit que la lumière est
polarisée.
♦ Lorsque la lumière ordinaire traverse un Nicol (cristal bréfringent), elle est
polarisée. Si elle est alors examinée à l’aide d'un second Nicol pouvant tourner
autour de son axe, elle est alternativement éteinte (Nicols croisés) ou à son
maximum d'intensité (Nicols parallèles) suivant la position de celui-ci. Le maximum
et le minimum d’intensité sont séparés d’une rotation de 90° du second Nicol. Le
premier Nicol est le polariseur et le second Nicol est l’analyseur.

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2. Loi de Biot
♦ Les deux Nicols étant placés à l'extinction, si on place entre eux une solution de
substance optiquement active, on observe la réapparition de la lumière. Pour obtenir
à nouveau l'extinction, il faut tourner l'analyseur d’un angle α .
♦ Cet angle dépend de la nature de la substance, de la concentration C de la solution,
de la longueur l de la colonne de liquide traversée par la lumière, de la longueur
d’onde de la lumière incidente et de la température.
LOI DE BIOT
# α : pouvoir rotatoire algébrique de la substance
# : pouvoir rotatoire spécifique de la substance (dépend de T et de λ )
# C : concentration massique pour une substance en solution (en g.cm -3 )
# l : longueur de substance traversée par la lumière (en dm)
♦ Pour une température T donnée, pour une longueur d'onde λ donnée et une longueur
l de solution traversée, la rotation produite, α , est proportionnelle à la concentration
de la solution.
♦ est une grandeur caractéristique de la substance étudiée, elle est constante
pour une longueur d'onde de la lumière incidente donnée et pour une température
donnée.
- : on dit que la substance est dextrogyre (ou +) : substance qui fait
tourner le plan de polarisation de la lumière polarisée vers la droite quand
l'observateur reçoit le faisceau
- : on dit que la substance est lévogyre (ou - ) : substance qui fait tourner
le plan de polarisation de la lumière polarisée vers la gauche quand l'observateur
reçoit le faisceau
♦ Dans le cas d'une substance optiquement active, le pouvoir rotatoire global est égal à
la somme des pouvoirs rotatoires de chaque constituant du mélange les pouvoirs
rotatoires sont additifs.
♦ Le pouvoir rotatoire, comme le pH et la conductivité d'une solution, est alors une
grandeur physique proportionnelle à une quantité de matière et est donc utilisée en
chimie analytique.

Le polarimètre utilisé est un polarimètre de Laurent.
SCH. 1
Chapitre
II
Description
♦ S : Source lumineuse à vapeur de sodium et système optique (lentille L1) permettant
l'obtention d'un faisceau parallèle monochromatique.
♦ P : Polariseur qui polarise la lumière naturelle incidente
♦ L1/2 : Lame demi-onde ne couvrant que la moitié du faisceau, elle transforme une
vibration lumineuse polarisée rectilignement en aune autre, symétrique de la
première par rapport à sa ligne neutre
♦ D : Diaphragme circulaire
♦ T : Tube de longueur variable recevant la solution optiquement active à étudier
♦ A : Analyseur pouvant tourner autour de l'axe de l'appareil
♦ L2 : Système optique constituant l'oculaire
♦ D'une manière générale on compare toujours l'égalité des pénombres car l'œil y est
plus sensible qu'à l'égalité des maxima d'éclairement.

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♦ Pour ne pas avoir à comparer l'égalité de pénombre pour deux visées différentes,
c'est à dire avant et après l'ajout de la cuve échantillon, on a ajouté sur le trajet
optique une lame demi-onde. L'oculaire de visée est alors divisé en deux
demi-plages semi-circulaires, séparées par une ligne fine, image du bord de la lame
demi-onde.
SCH. 2
♦ Les demi-plages semi-circulaires ont une intensité différente. Elles correspondent :
- pour l'une à la lumière ayant traversée le polariseur, la solution et l'analyseur
(trajet (1))
- pour l'autre à la lumière ayant traversée le polariseur, la lame demi-onde, la
solution et l'analyseur (trajet (2))
La différence d'intensité est due à un angle de déviation β de la lame demi-onde. Cet
angle est le même quel que soit le contenu du tube échantillon. L'égalité de
pénombre entre les deux demi-plages semi-circulaires peut donc servir de référence
pour les mesures du pouvoir rotatoire de la substance étudiée.
♦ Sur la face avant du polarimètre on trouve l'oculaire, le viseur de graduation et deux
mollettes : la mollette « a » qui modifie la position de l’analyseur, et la mollette « b
» qui modifie la graduation mobile (sert uniquement pour l'étalonnage).
Lorsqu'on tourne l'analyseur A à l'aide du bouton « a », l'apparence des deux plages
se modifie.

IMG. 2 : FACE AVANT DU POLARIMÈTRE
Description 11

1. Préparation du polarimètre
Chapitre
III
Utilisation
♦ La lampe
- Allumer la source lumineuse (lampe à vapeur de sodium) dès le début de la
séance. La lampe a besoin de chauffer.
- Celle-ci ne supportant pas les allumages et extinctions successifs, la laisser
allumer pendant toute la durée de l'expérience
♦ Remplissage des tubes de mesures
- Fermer une des extrémités avec un obturateur propre et sec (pastille de
verre) et une bonnette.
- Rincer avec le solvant utilisé l'intérieur du tube, puis avec un peu de
solution à étudier.
- En tenant le tube vertical, verser la solution jusqu'à ce que se forme un
ménisque débordant de l’extrémité ouverte.
- Glisser un obturateur propre et sec, de façon à trancher ce ménisque et
l'immobiliser en plaçant la bonnette.
- Vérifier si il n'y a pas de bulle d'air qui diaphragmerait le faisceau et
gênerait la mesure. En présence de bulles d’air recommencer l'opération de
remplissage.
Attention
L'OBTURATEUR EST UNE PIECE TRES FRAGILE : ne pas le laisser
tomber.

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2. Mesures
♦ Etalonnage du polarimètre
- Régler l’oculaire pour avoir une mise au point nette sur les demi-plages
lumineuses.
- Remplir le tube T du solvant qui sert à préparer les solutions à tester.
- Le placer dans son support.
- Faire la mise au point de l'oculaire. Vérifier en regardant dans le viseur de
graduation que le zéro de graduation est dans le champ de vision. Sinon
tourner l’analyseur A à l’aide de la mollette « a » pour le remettre dans ce
champ.
- Tourner l'analyseur (mollette « a ») jusqu'à égalité d'éclairement minimum
des deux plages, c'est à dire l'équi-pénombre.
- Regarder dans le viseur de graduation. Faire coïncider le zéro du verrier (à
droite, échelle fixe (-50,+50)) avec le zéro de la graduation mobile (à
gauche) à l'aide de la mollette « b ».
Attention
Ce réglage du zéro ne doit pas être modifié pendant toute la durée des
expériences.
Démarche
♦ Remplir le tube de solution à étudier, après l'avoir rincé à l'eau et avec un peu
de solution à tester.
♦ Rétablir l'égalité d'éclairement minimum des deux plages avec la mollette « a
». La déviation correspondante est lue dans le viseur de graduation sur la
graduation circulaire à l'aide du vernier.
Outil méthodologique
♦ Le cercle mobile (à gauche) est gradué de 0° à 180 ° vers le haut et vers le
bas, pour les lectures d'angles positifs et d'angles négatifs.
♦ Lorsque le zéro du vernier (à droite) se trouve devant une région du cercle où
la graduation croît vers le bas, l'angle de déviation est positif et l'affinement
de la valeur se fera avec le vernier (+).
♦ Lorsque le zéro du vernier (à droite) se trouve devant une région du cercle où
la graduation croît vers le haut, l'angle de déviation est négatif et l'affinement
de la valeur se fera avec le vernier (-).
♦ Chacune des divisions de la graduation mobile (à gauche) représente 0.5
degré. Donc 10 graduations du vernier (à droite) correspondent à 0.5 degré,
ainsi chaque graduation du vernier (à droite) représente 0.05 degré. On dit que
le vernier est au 1/20 en lecture directe.

Exemple
♦ Exemple de lecture sur le viseur de graduation ci-dessous :
- Le zéro du vernier se trouve dans la zone du cercle mobile où la graduation
croît vers le bas, donc l'angle de déviation est positif.
- Pour obtenir l'unité de la mesure, on cherche l'emplacement du zéro du
vernier sur le cercle mobile : sur la figure, il a franchi le 3 ème trait donc 3 *
0,5° (valeur d'une graduation sur le cercle mobile) = + 1,5°.
- Pour affiner la lecture, on cherche le trait sur le vernier qui coïncide avec
un trait sur le cercle mobile. Dans notre cas, c'est le 5 ème trait du vernier.
L'affinement sera donc 5 * 0,05 (valeur d'une graduation sur le vernier) =
0,25° que l'on ajoute à la valeur absolue 1,5°.
Soit une mesure du pouvoir rotatoire de + 1,75°.
IMG. 3 : VISEUR DE GRADUATION
Utilisation 15