Nefelometre ve
türbidimetre, ışının tanecik yapılı maddeler tarafından saçılmasına dayanan
analitik yöntemlerdir. Nefelometre cihazı fluorometrelere benzer, farkı
bulanıklık ölçümünde kullanılan bir filtre fotometresinin bulunmasıdır. Bu iki
yöntemi bu farklılık yönünden kısaca inceleyelim.
Katı taneciklerin
dağıtıldığı berrak bir ortamdan geçen ışığın bir kısmı her yönde saçılarak
karışıma bulanık bir görünüm verir. "Türbidimetrik" yöntemler
taneciklerin neden olduğu saçılmayla paralel demetin gücündeki azalmaya
dayanır. "Nefelometrik yöntemler" de ise, saçılan ışın gelen demetle
doğru bir açı altında ölçülür. Nefelometre türbidimetreden daha hassas bir
yöntemdir; nedeni fluorometrenin fotometreden daha hassas olmasını sağlayan
nedenlerle aynıdır.
Bir nefelometrik ve
bir türbidimetrik yöntem arasındaki seçim saçılan ışık miktarına göre yapılır.
Saçılan ışık yaygın ise (çok tanecik bulunması), türbidimetrik bir yöntem
tercih edilir. Saçılma az ve gelen demetin gücündeki azalma küçükse,
nefelometrik ölçmeler daha başarılıdır.
1.
Nefelometre ve Türbidimetrenin Teorisi
Nefelometre ve
türbidimetredeki saçılmada (Raman spektroskopisindekinin tersine) ışın gücünde
net bir kayıp yoktur; sadece ilerleme yönü değişir. Herhangi bir açı altındaki
ışının şiddeti taneciklerin sayısına, büyüklük ve şekilerine, taneciklerin ve
ortamın relatif refraktif indekslerine, ve ışının dalga boyuna bağlıdır. Bu
değişkenlerin birbiriyle ilişkileri oldukça karmaşıktır. Özel analitik
sorunlara teorik yorumlar getirilebilirse de olayın karmaşıklığı böyle bir
uygulamaya nadiren olanak verir.
Saçılmaya Konsantrasyonun Etkisi: Seyreltik
bir süspansiyondaki saçılma ile paralel bir ışın demetinin zayıflaması
aşağıdaki bağıntı ile verilir.
P0 ve P,
demetin b uzunluğundaki bulanık ortamdan geçmeden önce ve geçtikten sonraki
güçleridir. t ya "bulanıklık katsayısı" veya
bulanık denir; değeri, ışığı saçan taneciklerin c konsantrasyonu ile doğru
orantılıdır. Bu durumda Beer kanununa uygun bir eşitlik yazılabilir. (k = 2.3 t /
c)
Denklem(9)'un
türbidimetrik analizlerde kullanılışı, aynen fotometrik analizlerde Beer
kanunun kullanılışı gibidir. Log10 P0/P ve c arasındaki
ilişkiyi bulmak için standart örneklerle (P0 ın tayininde kullanılan
ayni solventlerle) kalibrasyon eğrisi çizilir. Daha sonra örneğin
konsantrasyonu bu eğriden yararlanılarak bulunur.
Nefelometrik
ölçmelerde, gelen demetle doğru açı altında bulunan saçılmış demetin gücü,
konsantrasyona karşı grafiğe alınır; grafik çoğunlukla bir doğru şeklindedir.
Buradaki işlem bir fluorometrik yöntemle tamamiyle aynidir.
Saçılmaya Tanecik Büyüklüğünün Etkisi: Herhangi
bir açı altında saçılan ışının miktarı, saçılmaya neden olan taneciklerin
büyüklük ve şekline bağlıdır; etki çok büyüktür. Analitik uygulamaların pek
çoğunda, çözeltide koloidal olarak dağılmış bir faz yaratıldığından, çökelme
sırasında tanecik büyüklüğünü değiştiren faktörler de türbidimetrik ölçmeleri
etkiler. Bu faktörler reaktiflerin konsantrasyonu, karıştırma hızı ve derecesi,
bekletme süresi, sıcaklık, pH, ve iyonik kuvvettir. Kalibrasyon ve analiz
sırasında tanecik büyüklüğünü etkileyen tüm koşulların ayni olmasına özen
gösterilmelidir.
Saçılmaya Dalga Boyunun Etkisi: Bulanıklık
katsayısının t = s l -t denklemine göre,
dalga boyu ile değiştiği deneysel olarak görülebilir. s, verilen bir sistem
için sabittir. t nin değeri tanecik büyüklüğüne bağlıdır ve
saçılmayı yapan tanecikler ışının dalga boyundan küçük olduğunda 4'dür
(Rayleigh saçılması); dalga boyu ile benzer büyüklükteki tanecikler için t'nin
değeri 2 dolayında olur (bu durum türbidimetrik bir analizde görülür). Analizlerde
sıradan beyaz ışık kullanılır. Çözelti renkli ise, spektrumun ortam tarafından
en az absorblanan kısmı seçilir.
2.
Cihaz
Nefelometrik ve
türbidimetrik ölçmeler daha önce görülen çeşitli fluorometreler ve
fotometrelerle yapılabilir. En çok kullanılan hücreler dikdörtgen hücrelerdir.
Işın geçen yüzeyler dışındaki hücre duvarları, istenmeyen yansıma ışınlarının
dedektöre gitmesine engel olmak için, siyah bir madde ile kaplanmıştır. Şekil-5'de
basit bir gözlem türbidimetresi verilmiştir. S şeklindeki lamba filamenti
kayboluncaya kadar, gözlem tüpünün süspansiyon içindeki konumu ayarlanır. Sonra
kalibrasyonla çözeltinin uzunluğu ve konsantrasyon arasındaki ilişki tayin
edilir. Böyle bir sistemle düşük konsantrasyondaki sülfat analizlerinde oldukça
doğru sonuçlar alınır. Burada, BaCl2
ilavesiyle bir BaSO4 süspansiyonu oluşturulur.
Şekil-5:
Basit bir türbidimetri
3. Saçılma Yöntemlerinin
Uygulama Alanları
Türbidimetrik veya
nefelometrik yöntemler en çok, suyun berraklığının tayininde ve çeşitli su
arıtma işlemlerinin kontrolünde kullanılır. Ayrıca, uygun çökeltme reaktifleri
ile çeşitli iyonların konsantrasyon tayinleri de yapılabilir. Analizde dikkat
edilecek önemli bir nokta oluşan katı fazın kararlı bir süspansiyonda bulunmasıdır;
buna uygun koşullar seçilmesi gerekir. Daha önce değinildiği gibi, sadece
tanecik büyüklüğünü etkileyen faktörlerin çok iyi kontrol edilmesi durumunda güvenilir
veriler alınır.
Tablo-3'de
türbidimetrik veya nefelometrik yöntemle tayin edilebilen bazı maddeler
verilmiştir. En çok uygulama sülfat iyonlarında görülür. Nefelometrik yöntemle
birkaç ppm kadar düşük konsantrasyonlar %1-5 hassasiyetle tayin edilebilir.
Ayni tekrarlanabilirlik derecesine türbidimetrik yöntemlerde daha konsantre
çözeltilerde erişilebilir.
Türbidimetrik
ölçmeler çökelme titrasyonlarında eşdeğerlik noktası tayinlerinde de
kullanılır. Cihaz çok basittir, titrasyon kabının zıt yönünde yerleştirilmiş
bir ışık kaynağı ve bir fotosel bulunur. Fotoakımın, reagent hacmine karşı
grafiği çizilir. İdeal hal, bulanıklığın son noktaya ulaşıncaya kadar doğrusal
olarak artması ve eşdeğerlik noktasından sonra sabit kalmasıdır.
Tablo-3:
Bazı Türbidimetrik (T) ve Nefelometrik (N) Yöntemler
Element
|
Yöntem
|
Süspansiyon
|
Reagent
|
Engelleyiciler
|
Ag
|
T, N
|
AgCl
|
NaCl
|
-
|
As
|
T
|
As
|
KH2PO2
|
Se, Te
|
Au
|
T
|
Au
|
SnCl2
|
Ag, Hg, Pd, Pt, Ru, Se, Te
|
Ca
|
T
|
CaC2O4
|
H2C2O4
|
Mg, Na, SO4-2 (yüksek kons.))
|
Cl-
|
T, N
|
AgCl
|
AgNO3
|
Br-, I-
|
K
|
T
|
K2NaCo(NO2)6
|
Na3Co(NO2)6
|
SO4-2
|
Na
|
T, N
|
NaZn(UO2)3(OAc)9
|
Zn(OAc)2 ve
UO2(OAc)2 |
Li
|
SO4-2
|
T, N
|
BaSO4
|
BaCl2
|
Pb
|
Se
|
T
|
Se
|
SnCl2
|
Te
|
Te
|
T
|
Te
|
NaH2PO4
|
Se, As
|
