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La réfractométrie est une technique utilisant l'indice de réfraction d'un matériau. En analyse, il s’agit généralement de l’indice de réfraction d’une solution

Indice de réfraction

L’indice de réfraction d’un milieu, souvent noté n, est une grandeur sans dimension décrivant le comportement de la lumière dans celui-ci. Il dépend de la longueur d'onde utilisée mais aussi des caractéristiques physico-chimique, telle que la température, de l'environnement dans lequel la lumière se propage.

Par définition, et en première approximation, l’indice de réfraction est le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide et celle dans le milieu étudié.

indice refrac sch

indice refrac

Dans les faits, l’indice de réfraction est généralement mesuré par rapport à l’air très proche de 1. On le mesure par le rapport entre le sinus de l’angle d’incidence d’un rayon lumineux sur le sinus de l’angle du rayon réfracté dans le milieu.

indice refrac1

Le plus souvent, on travaille à 20°C avec la raie D du sodium. L’indice de réfraction est alors noté n20D.

Mesure de l’indice de réfraction

Les deux appareils les plus courants sont le réfractomètre d’Abbe et celui de Pulfrich.

spectromètre d'Abbe

Le réfractomètre d’Abbe est constitué de deux prismes en verre enfermant une mince couche de 1/20e de millimètre d'épaisseur du liquide à examiner. Actuellement, le prisme supérieur sert à l'éclairage et le prisme inférieur sert à la mesure. On éclaire le liquide à analyser en lumière rasante et on détermine l'angle limite noté e qui dépend de l'indice n cherché et de l'indice N du matériau sur lequel repose le liquide et dans lequel le rayon rasant rentre.

n = N sin e

Le rayon poursuit son chemin et attaque la face de sortie du prisme avec l'angle r.

r = α – e

α est l'angle du prisme

Le rayon sort donc du prisme avec l'angle i tel que :

N sin r = sin i

Il existe de plus des réfractomètres portables utilisant la lumière solaire. Ils sont utilisés pour mesurer des indices de réfraction de jus de fruits. Leur calibrage permet qu'ils affichent 0 pour l'eau distillée, et une lecture directe de la concentration en sucre pour les jus de fruits analysés. Il suffit de déposer le jus à analyser sur le prisme propre, de fermer le couvercle et de diriger l'instrument vers la lumière. Une compensation automatique de température permet d'éliminer la variation de ce facteur. La compensation est de 0,00045 unité d'indice de réfraction par degré Celsius autour de 20 °C.

Intérêt de la mesure

L’intérêt de la détermination de l’indice de réfraction est multiple allant du domaine pharmaceutique à celui de l’alimentaire. On peut citer le contrôle qualité en comparant l’indice obtenu à celui attendu. La méthode peut aussi être utilisée pour effectuer des dosages de solution comme dans l’exemple de la détermination du taux de sucre.

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jeudi, juin 22, 2017