Nouvelle méthode de mesure de coefficients d'absorption de la lumière dans les corps fluorescents

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Submitted on 1 Jan 1925

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Nouvelle méthode de mesure de coefficients d’absorption de la lumière dans les corps fluorescents

S. Pienkowski, A. Jablonski

To cite this version:

S. Pienkowski, A. Jablonski. Nouvelle méthode de mesure de coefficients d’absorption de la lu-

mière dans les corps fluorescents. J. Phys. Radium, 1925, 6 (6), pp.177-181. �10.1051/jphys-

rad:0192500606017700�. �jpa-00205203�

LE JOURNAL DE PHYSIQUE

ET

~

LE RADIUM

NOUVELLE MÉTHODE DE MESURE DE COEFFICIENTS D’ABSORPTION DE LA LUMIÈRE DANS LES CORPS FLUORESCENTS

par MM. S. PIENKOWSKI et A. JABLONSKI,

Institut de Physique expérimentale de l’Université de Varsovie.

Sommaire. 2014 La méthode est basée

la

de la chute de l’intensité de la fluorescence dans

faisceau parallèle de lumière excitatrice. Dans

but,

photo- graphie la trainée lumineuse et, par des

photométriques

^la plaque,

^déter- mine la valeur du coefficient d’absorption. ^La comparaison des résultats

obtenus par d’autres méthodes montre

concordance remarquable. La méthode est applicable

dans l’ultraviolet et les résultats

sont pas influencés par la variation de l’intensité de la lumière émise par la

employée.

SÉRIE VI. TOME VI. JUIN 192 ~ N° 6.

1. Introduction. - La connaissance de la valeur du coefficient d’absorption ^{de la}

lumière utilisée pour l’excitation de la fluorescence présente ^une grande importance pour l’étude de cette forme de luminescence. La détermination de ce coefficient dans le cas oùjla

lumière excitatrice est ultraviolette présente des difficultés inhérentes à la photométrie ^de

ce domaine du spectre. Or, ^c’est justement ^{ce domaine} qui présente actuellement un intérêt tout particulier. Les recherches poursuivies dans cette direction nous ont amenés à étudier

une méthode qui, croyons-nous, peut ^rendre service. Elle est basée sur la mesure de la chute de l’intensité de la fluorescence dans un faisceau parallèle ^{de lumière} excitatrice.

2. Principe ^{de la} méthode. - Imaginons qu’un ^faisceau parallèle (fig. z.) (de ^section rectangulaire ^{1, X} l_,) ^{de lumière} monochromatique ^de longueur ^{d’onde A et} d’intensité 1o, pénètre ^{dans une substance} fluorescente limitée par les plans xz, !i-- à la distance a du plan y=0. Désignant par ¡J. le coefficient d’absorption de la lumière employée, ^{nous aurons,}

pour la quantité d’énergie ^absorbée pendant l’unité de temps dans le volume l, ~x~y, l’expression

Fjg. 1

Nous retrouvons une partie ^{de cette} énergie dans la lumière de fluorescence ;]elle[est

distribuée à l’intérieur de la bande d’émission entre les longueurs ^{d’ondes à et ’!’2-}

Supposons que dans l’intervalle ~,, ^~, + 3h de cette bande, ^nous retrouvions une

fraction

dépendant évidemment ùe À.

LU

JOURNAL

PHYSIQUE

RAD1UM.

S6RIB YI.

VI.

N8 ~6

JCIN 1 ~2~}. 13

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:0192500606017700

178

Etant donné que la proportionnalité ^entre l’intensi’Lé de la lumière excitatrice et celle de la fluorescence est reconnue exacte dans les limites de 1 à 600 000 _wooa, Phil.

Mag., ^{t. 43} (19 ~~), p. j’57-767], ^nous pouvons écrire que la quantité d’énergie rayonnée

dans une direction, par exemple ^celle des y négatifs, ^dans l’intérvalle )~, À-{- À ~ de la bande de fluorescence, peut ^être représentée par

où 1 esL un facteur numérique. ^{De cette} énergie ^{il ne} sortira, ^{au delà du} plan y

0, que

en désignant par r, le coefficient d’absorption ^{de la} lumière de fluorescence dans la substance étudiée.

.

En étendant le calcul à toute la bande de fluorescence et sur la tranche A’ Il’ C’D’ tout

entière, ^{nous obtenons :}

ou bien

’

où A est indépendant ^{de .r.} La variation de J avec x est déterminée par le coeficient li..

mesures de J à deux distances différentes .z permettent ^de déterminer la valeur

numérique ^{de p,..}

...LB. vant d’aller plus ^loin, remarquons cependant que la méthode exposée ici n’est pas

applicable ^{au cas} où la lumière excitatrice n’est pas monochromatique. Supposons, ^en effet,

que le faisceau contient les radiations de longueurs ^d’onde comprises ^dans l’intervalle

/B’ 1, ^dans lequel la distribution de l’énergie est donnée par la fonction

Par des raisonnements analogues ^{à ceux} qui ^{nous ont} amenés à la formule (t), ^nous

trouvons aisément

où jx est le coefficient d’absorption de la lumière excitatrice de longueur d’onde 1,’ et la fonction représentant le rendement de la lumière absorbée de longueurs

d’onde comprises ^{entre À’ et} ,’+ 3,;’eii ^lumière de la bande de fluorescence dans l’inter-

iralle h, 1 ’, + à ,.

La forme de l’expression indique qu’elle peut être ramenée à une simple exponen- tielle par rapport à .x dans le cas est indépendant ^{de i,’.}

Cette condition est satisfaite si l’intervalle )/1 est faible, ^{comme cela a lieu dans une}

raie spectrale ^{ou bien dans une} partie étroite du spectre continu isolée au moyen d’un

monochromateur.

3. Exécution expérimentale. - ^{Plusieurs causes rendent} impraticables l’emploi ^des

mesures spectrophotométriques directes ; ^citons seulement : la précision insuffisante des

mesures de faibles intensités, ^la difficulté d’obtenir une intensité suffisante de la lumière de fluorescence excitée au moyen d’un faisceau monochromatique, l’extinction assez rapide ^du

faisceau excitateur, la difficulté d’obtenir HIle source bien constante de lumière, ^surtout

dans la région ultraviolette, ^etc.

Nous avons eu recours à la méthode photographique, ^{mise en ceu-B-re sous la forme}

suivante (fig. 2). ^La lumière d’une lampe V ^à mercure en quartz .(enfermée ^{dans une} boîte)

était concentrée, ^au moyen de lentilles, ^sur la fente Ld’un nionoclu’omateui 31 en quartz; ^le

faisceau, décomposé spectralement et sortant par la ferlte, était rendu parallèle ^au moyeu de lentilles convenables et pénétrait ensuite dans la chambre rectangulaire N par ^une lenètre K en quartz.

Fig. 2

’

Ce faisceau excitait la fluorescence du liquide ^contenu dans N tout en s’affaiblissant

graduellement.

La bande du liquide fluorescent était photographiée ^au moyen d’un appareil photo- graphique ^{F .}

La chambre N était entourée d’une boîte ne laissant pénétrer ^{aucune lumière} étrangère

à celle venant du monochromateur.

,

Sur les plaques ^{obtenues, les mesures de} noircissement ont été faites au moyen d’un microphotomètre photoélectrique (1).

Nous avons pu déterminer ainsi la variation de noircissement z ^en fonction de la distance a.

La fig. 3 montre la courbe typique.

Elle se compose d’une partie rectiligne qui, dans le domaine des faibles noircissements,

s.e raccorde à une courbe concave vers le haut.

Or, ^on sait que le noircissement z, produit par la lumière d’intensité J agissant pendant ^un temps t, peut ^{être mis sous la forme :}

où ’Y ^{et A sont} des constantes. Puisque, ^{dans le cas} envisagé ici, pour tous les points ^{de la} plaque, t ^{conserve la même} valseur, ^nous pouvons écrire :

La partie de la courbe de noircissement t qui peut ^être représentée par l’équation

ci-dessus peut être déterminée en faisant sur la plaque des marques d’intensité variable mais connue.

Dans ce but, ^{nous avons} photographié ^{sur la même} plaque la tache lumineuse produite

sur un écran diffusant par ^un faiscrau traversant deux nicols.

La rotation d’un de (es niçois permettait ^do réduire dans une proportion ^connue

S. PlENIMWSKI, (19).

180

l’intensité de la lumière diffusée par l’écran. Pour chaque photographie, ^on conservait le même temps d’exposition. Remarquons ^en outre que, par ^un choix convenable des écrans

colorés, ^on donnait à la tache photographiée ^une coloration fort rapprochée de celle de la lumière de fluorescence de la fluorescéine.

La mesure du noircissement des taches ainsi obtenues permettait de tracer la courbe

’présentant la variation de J en fonction de log y pour la plaque

;udiée. Nous avons constaté que la ligne ^en question ^cesse d’être.rec-

ligne pour les valeurs de z 0,3 ^à 0,4.

Il en résulte que l’équation (3) ^n’est applicable que pour les aleurs de â > 0,4.

Or, pour ^ces valeurs de â, la courbe de la figure ^{3 est} rectiligne,

’est-à-dire que l’on ^{a .}

ce qui, comparé à la formule (3), ^{donne : -.}

et ensuite

où, Jo et x sont des constantes. La courbe de la figure ³

montre donc que la décroissaice d’intensité de la lumière de fluorescence dans la partie irradiée du liquide ^{suit la}

loi exponentielle simple, ^comme l’exige la formule (1).

Cette concordance ^nous permet d’utiliser le résultat

expérimental pour le calcul du coeffi- cient d’absorption y ^{de la lumière}

excitatrice.

Soient z, et Z2 les noircissements de la plaque à des distances J;1 et x2 de Fig. ^{3 la face} id entrée de la lumière exci-

/

tatrice.

D’après la formule (1), ^{nous avons}

et d’après (3),

Moyeniiant (4) ^et (5)

La valeur de st donnée par l’inclinaison de la courbe de noircissement donnée par figure 3, ^celle de -,, pa.r l’inclinaison de la partie rectiligne ^{de la} ligne ^{donnant z en}

fonction de log J. De cette façon est déterminée la valeur de _~.

Dans le but de vérifier. si ^la méthode donne de bons résultats, nous avons fait quelques

mesures concernant l’absorption ^{de la raie} ~0~ i ~ du mercure.

,

Les‘lignes ^{de la} figure ⁴ représen tent ^les parties rectilignes de courbes donnant la dis-

tribution de noircissement z en fonction de ^x dans les solutions aqueuses de fluorescéine de

diverses concentrations.

La courbe 1 correspond à la concentration

’ /15 000 ; -,

La courbe II, à la concentration 1/8 000 ; -*, La courbe III, à la concentration 1/2 ^500.

Pour la plaque qui ^a donné la courbe III,

nous avons trouvé

L’inclinaison de la droite III donne alors, d’après la formule (6),

Or, pour cette longueur d’onde, prise cependant ^{dans le} spectre ^{continu et} pour la même solution de fluorescéine, ^{les mesures} précises ^{de M.} Szczeniowski (1) ont donné la

valeur

Fig. 4

La concordance est remarquable.

Avec la même facilité, ^on détermine la valeur du coefficient d’absorption pour les raies ultraviolettes.

La courbe de la figure 3 correspond à la fluorescence de la solution aqueuse de

concentration i/i5 000 excitée par la raie 2536 À du ^mercure.

Remarquons ^{encore un} avantage la méthode décrite ci-dessus : son applicabilité ^dans

le cas où la source donne une lumière d’intensité variable.

En effet, ^le noircissement est déterminé par l’énergie ^totale (sauf la restriction concer-

nant la correction correspondant à l’action d’une lumière très brève), c’est-à-dire par

Par conséquent,

ce que ^nous pouvons écrire

.

Puisque ^dans l’expression de 11. intervient seulement la différence zi -.~z, la valeur des second et troisième termes ne joue ^{aucun rôle.}

La variation dans le temps ^{du second terme n’a pas} d’influence sur la valeur du coeffi- cient d’absorption.

(’ ) Ces mesures, faites par la méthode photoélectrique, ^seront publiés

^peu.

Manuscrit reçu le 20 janvier ^1925.