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La lumière qui n'est pas absorbée est réémise dans toutes les directions, produisant ce qu'on appelle la dispersion de la lumière; nous avons mentionné les deux cas extrêmes de réflexion totale et de transmission totale. La plupart des cas sont intermédiaires. Si des oscillations d'électrons sont également possibles dans toutes les directions, les faisceaux de lumière incidente non polarisée apparaîtront essentiellement comme à l’entrée de la suspension, sauf pour le décalage de phase déjà mentionné. Si, toutefois, les particules ou molécules en suspension ne sont pas isotropes, c'est à dire, que les électrons peuvent osciller plus facilement dans un sens que dans l'autre, un faisceau lumineux incident non polarisé sera divisé, parce que les ondes oscillantes dans une direction auront leurs phases décalées par rapport à celles qui oscillent dans une autre direction. Le résultat net est que les soi-disant molécules anisotropes produisent deux faisceaux émergents polarisés. Comme celles-ci émergent dans des directions légèrement différentes, le phénomène est appelé la double réfraction ou biréfringence.

De toute évidence, une mesure montrant la biréfringence nous dit à la fois que le matériau étudié est anisotrope, et que l'anisotropie optique est due à l'anisotropie dans les mouvements admissibles d'électrons, on peut en déduire la structure de la matière.

L'utilisation principale de ce phénomène en biologie est actuellement en mode inversé. Nous émettons la lumière polarisée sur la substance de structure inconnue et observons ce qui se passe au niveau de la polarisation. En outre, si l'on aligne les molécules d'une substance (comme on peut le faire de plusieurs façons), puis la réfraction (déviation de la lumière) mesurée le long et perpendiculairement à la direction de l'alignement nous en dira davantage sur la structure électronique des molécules individuelles.

La structure biréfringente peut apparaître de plusieurs manières, dont quelques-uns sont présentées brièvement.


 

La biréfringence intrinsèque

La nature et la structure chimique des molécules individuelles peuvent contribuer a la biréfringence s'il existe une anisotropie dans la mobilité des électrons de ces molécules. Les liaisons chimiques elles-mêmes peuvent être très anisotrope, la liaison C-C en est un bon exemple. 

Cette liaison étant une liaison covalente due aux électrons partagées situées principalement entre les atomes impliqués, est difficile à déformer perpendiculairement à la liaison. D'autre part, la triple liaison CC a les atomes liés environ trois fois plus fortement, de sorte que la distorsion de la position d'électrons peut être réalisée essentiellement à angle droit par rapport à la direction de la liaison.


 

La biréfringence structurelle

À la suite du regroupement de molécules  dans un réseau régulier (ou dans une structure composite avec une régularité inhérente, par exemple des acides nucléiques), il peut se produire des directions de mobilité d'électrons plus faciles et plus difficiles dans la structure dans son ensemble.


 

Biréfringence d'écoulement

Si une solution est amenée à circuler, les forces de viscosité auront tendance à orienter les particules avec leur axe longitudinal dans le sens de l'écoulement. Les particules sphériques peuvent même être déformées par ces forces.

Ainsi, lors de l'écoulement, il y aura biréfringence structurelle dont l'ampleur dépendra de la vitesse de l'écoulement.

Considérons les deux cas distincts d'une collection de disques et une collection de tiges, comme esquissé dans la figure.

Dans le cas des disques, des électrons peuvent être déplacés plus facilement le long des plans des disques qu'en dehors, donc la lumière incidente polarisée perpendiculairement à l'axe de l'alignement est plus affectée que la lumière incidente polarisée le long de l'axe. Le cas des tiges est précisément à l'opposé, puisque les électrons peuvent plus facilement être déplacés le long de l'axe de l'alignement. Ainsi, la mesure de la biréfringence des molécules doublé-up nous dit que les molécules ont une forme de bâtonnet ou une forme de disque et comment ils sont orientés par rapport à l'axe de l'alignement.

Il ya plusieurs cas importants de l'utilisation de la biréfringence qui a permis déductions importantes sur les structures en biologie. Le cas du muscle est la première, dans laquelle la mesure de la biréfringence autorisé la conclusion qu'il ya deux régions isotropes et anisotropes dans le muscle strié-les bandes appelées J et A sont effectivement nommés pour ces propriétés. Dans la région anisotrope, le résultat de la mesure de la biréfringence a conduit à la conclusion que les fibres actomyosine doit être orienté le long de l'axe de la fibre musculaire.

Le deuxième cas est celui des chloroplastes, dont la biréfringence leur a montré être composé d'un empilement de disques bien avant que le microscope électronique à fait la structure visible.

Le troisième cas est celui de l'ADN. Lentement par séchage d'une solution d'ADN tendue sur un trou par des forces capillaires, une fibre peut être produite. La biréfringence montre que les différents éléments de l'ADN sont alignés dans la configuration du disque, même si elle était connue à partir d'études de viscosité que les molécules individuelles d'ADN doit être long et mince.

Ainsi, il a été possible de conclure que les éléments qui composent l'ADN-le. Nucléotides-doivent être disposés comme des disques plats perpendiculaires à l'axe longitudinal de la molécule

 

 

 

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