Refraktometri

Refraktometri, her ortamın kırılma indisinin farklı olması prensibini kullanarak, konsantrasyon ve madde miktarı gibi tayinleri yapmaya yarayan bir yöntemdir.

Kırılma indisi her maddeye özgü bir fiziksel özelliktir, bu sebeple kalitatif ve kantitatif analizlerde kullanabileceğimiz bir metottur. Günümüzde organik bileşiklerin kantitatif analizinde NMR, infrared spektroskopisi gibi yöntemler daha çok tercih edilmektedir.

Bir ortamın kırılma indisine n, elektromanyetik ışımanın vakumdaki hızına c, elektromanyetik ışımanın bu ortamdaki hızına da v dersek, şöyle bir bağıntı elde ederiz:

$n=c/v$

Benzer maddelerin kırılma indisleri birbirine çok yakın olduğundan ( 1.25 -1.80 arası) ±0.001 duyarlılıkla ölçüm yapabilmemiz gerekir.

Işının bir ortama geliş açısına i, yansıma açısına da r dersek eğer, Snell Yasasına göre şöyle bir bağıntı yazabiliriz:

$sini/sinr=v1/v2=n2/n1$

• v1: Işının 1. ortamdaki hızı
• v2: Işının 2. ortamdaki hızı
• n1: 1. ortamın indisi
• n2: 2. ortamın indisi

Işının geliş açısı, ışının hızı ve ortamın indisi ile orantılıdır. Işının geliş ve yansıma açılarını bilmemiz halinde, iki ortamın kırılma indislerinin oranlarını bulabiliriz. Ya da bir ortamın indisini biliyorsak, diğer ortamın indisini de bu bağıntı sayesinde hesaplayabiliriz.

Kırılma indisleri farklı olan bölgelerde ışının hareketi iki şekilde gerçekleşir:

n2 > n1 koşulunda, i geliş açısı, r yansıma açısından daha büyük olacaktır. Geliş açısı büyüdükçe, kırılma açısı da büyür. Buna rağmen geliş açısı, kırılma açısından her zaman daha büyüktür.

n1 > n2 koşulunda, yüksek yoğunluklu ortamdan düşük yoğunluklu ortama geçiş sırasında yansıma açısı, geliş açısından daha büyüktür. Geliş açısı büyüdükçe, yansıma açısı da 90º‘ye yaklaşır.

Kritik Açı

Işımanın 90º ’lik bir açı ile kırılmasını sağlayan geliş açısına kritik açı denir. Işının kritik açıdan daha küçük bir değerle gelmesi halinde, yansıma sonucu aydınlık bölge oluşur. Eğer ışın iki ortam arasındaki yüzeye kritik açıdan daha büyük bir açıyla gelirse, ışın kırılmaya değil, yansımaya uğrar. Yoğunluğu büyük ortama kritik açıyla gelen bir ışın, 90ºlik bir açı ile kırılır. Yoğunluğu küçük ortama 90ºlik açı ile gelen bir ışın ise yoğunluğu büyük olan ortama kritik açı ile girer. Snell yasasından yararlanarak şöyle bir bağıntı yazabiliriz:

sin Өc=n2/n1

Refraktometre cihazının içerisinde prizmalar kullanılır. Gönderdiğimiz ışın örnekten geçip prizmaya değişik açılarla gelir. Eğer geldiği açılar kritik açıdan küçükse, aydınlık bölge oluşur. Kritik açıdan büyük açılarla gelmişse, karanlık bölge oluşur. Karanlık ve aydınlık bölgenin sınırı kritik açıya karşılık gelir. Bir maddenin kırılma indisi, kullanılan ışımanın dalga boyuna, sıcaklığa ve derişime bağlıdır. Bunun dışında sıkıştırılabilen maddelerin kırılma indisi, basınca bağlı olarak da değişir. Dalga boyunun kırılma indisine etki etmesinden dolayı, kullandığımız ışımanın dalga boyunu da belirtmeliyiz. Ticari refraktometrelerde genellikle sodyumun atomunun yaydığı yaklaşık eşit şiddetlerdeki, 589.0 ve 589.6 nm ‘deki hatları kullanılır. Bu hatlar sodyum D hatları olarak adlandırılır. Prizmalar içindedir.

Abbe Refraktometresi

Kırılma indisi tayininde kullandığımız alete Abbe Refraktometresi denir. Abbe refraktometresinde iki prizmanın arasına kırılma indisini tayin edeceğimiz maddeyi sıvı film olarak yerleştiririz. Prizmalara gönderdiğimiz ışık ile, kritik açıdan daha küçük açı ile gelen ışınların oluşturduğu aydınlık bölge ve kritik açıdan daha büyük açıyla gelen ışınların oluşturduğu karanlık bölgeyi görebiliriz.

Nitel Analiz: Ölçtüğümüz kırılma indisi değerlerini, saf maddelerinin kırılma indisi değerleri ile karşılaştırarak refraktometrik nicel analizi gerçekleştirmiş oluruz. Eğer karşılaştırma yapacağımız standart bir indis değeri bulamazsak, Lorentz-Lorenz molar kırılma indisini buluruz. Bu değer R ile gösterilir ve

R=(n²-1)*M/(n²+2)*d ile de formülize edilebilir.

M, molekülün mol kütlesi, d ise yoğunluğudur. Buradan R değerini buluruz ve bilinen değerler ile hesapladığımız R´ değeriyle karşılaştırma yaparız.