ALKOLLÜ ĐÇKĐLERDE REFRAKTOMETRĐK YÖNTEMLE ETANOL TAYĐNĐ

Transkript

1 ALKOLLÜ ĐÇKĐLERDE REFRAKTOMETRĐK YÖNTEMLE ETANOL TAYĐNĐ Asuhan Cavrar, Feyza Nur Sevindik, Gizem Çarıkçı, Hayriye Hande Müyesser, Đlkin Aydın, Đlksen Işık, Đsmet Emre Eralp Đstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü Đstanbul, Türkiye ÖZET Refraktometrik yöntem ile yapılmış olan çalışma, distile alkollü içeceklerde alkol miktarının tayinidir. Bu çalışmada farklı marka ve çeşitlerde rakı ve votkaların kırılma indisleri, Bellingham Stanley Limited 60/70 Abbe Refraktometresi yardımıyla ölçülmüştür. Đçkilerin alkol miktarı, önceden hazırlanmış olan etanol-su çözeltilerinin derişim kırılma indisi kalibrasyonu ile tayin edilmiştir. Çalışma neticesinde, bu yöntemin oldukça hızlı ve doğru sonuçlar verdiği görülmüştür. Özellikle daha az yabancı bileşen içeren votka için, yöntem doğruya oldukça yakın sonuç vermektedir. Bu yöntem ile sahte içkilerin içerisinde metanol bulunup bulunmadığı da tespit edilebilir. Anahtar Kelimeler: Kırılma indisi, refraktometri, etil alkol, rakı, votka

2 1. GĐRĐŞ Votka, tarımsal kökenli etil alkolün hammaddesinden gelen duyusal özelliklerinin seçimli olarak azaltılması amacıyla rektifikasyonu veya aktif kömürden filtrasyonu ve ardından direkt distilasyonu veya eşdeğer işlemlerden geçirilmesi ile elde edilen distile alkollü içkidir. Votka ilk olarak 11.yüzyılda Polonyalılar tarafından çavdardan elde edilmiştir. 16. yüzyılda ihracata başlayan Polonya aynı tarihte votkayı milli içkisi olarak tanımlamıştır. Votka yapımında birçok bitki özellikle şeker kamışı tarımsal kökeni oluşturur. Türkiye ise şeker pancarından da votka üretimi gerçekleştirmiştir [1,2]. Votka içindeki alkol oranı, %35 ile %70 arasında değişir. Bilinen en sert votka, 1990 yılında üretimi durdurulan Sovyet votkasının alkol oranı %92 idi. Günümüzde Sovyet votkası üretilmemektedir. Rakı, yapımında suma ve anason kullanılan bir alkollü içkidir. Rakı üretimine üzümlerin temizlenmesi ile başlanır. Şıra haline getirilen üzümler pastörize edildikten sonra; maya ile fermente edilir ve alkollü bir sıvı oluşturulur. Alkollü sıvı, kolonlu distilasyon ünitesinde damıtılarak suma haline getirilir. Stoklanan suma, bakır ve anason tohumu ile yeniden damıtılır. Bakır imbiklerde freksiyonel distilasyon sonunda elde edilen rakının orta kısmının alkolü yüksek dereceli olup göbek adını alır. Bu kısım su eklenerek içilecek alkol derecesine getirilir ve tarifine göre tatlandırılır. Bu aşamalarda havalandırma yapılarak rakının olgunlaşmasına katkıda bulunulur. Rakı şişelenmeden önce en az 1 ay süreyle dinlendirilir. Türk milli içkisi olarak adlandırılan rakıdaki etil alkol oranı hacmen %100 alkolün hektolitresinde 150 gramdan fazla olmamalıdır. Üretilen rakıların alkol derecesi %43 ile % 50 arasında değişmektedir [2]. Đçkilerde kullanılan etanol, molekül formülü C 2 H 6 O olarak gösterilen bir alkoldür [3]. Fermantasyonla üretilebildiği gibi sentetik olarak da elde edilebilir. Đnsanlık tarihi boyunca sarhoşluk verici bir keyif maddesi olarak tüketilmiştir. Şekil 1: Etanolun molekül formülü Şekil 2: Etanolun 3 boyutlu gösterimi

3 Merkezi sinir sistemini baskılayan etil alkol insanı gevşetir ve beyindeki kontrol merkezlerini de baskıladığı için kontrol kaybı gerçekleşir. Aşırı miktarda alınan alkol uykuya ve bazı durumlarda beyindeki yaşamsal merkezleri ileri derecede baskılayarak, yaşamı tehdit eden bir komaya neden olabilir. Alkolün büyük bölümü ince bağırsaktan emilse de ağız, yemek borusu ve midede de az miktarda emilebilir. ince bağırsaktan emilen alkol miktarı çeşitli faktörlere bağlıdır. Eğer mide boşsa alkolün büyük bir bölümü hızla emilerek kana geçer. Mide ve ince bağırsakta, özellikle büyük parçalı ve yağlı besinlerin bulunması midenin boşalmasını ve böylece alkolün emilmesini yavaşlatır. Alkol kana geçtiğinde hızla bütün vücuda dağılarak, hücre içi de dahil su bulunan her yere taşınır. Alkolün zehirleyici etkisinden bu dağılım sorumludur. Bu nedenle rakı ve votkada etil alkol yüzdesi önemlidir [4]. Üreticiler alkol derecesini şişe üzerinde belirtmek zorundadırlar. ölçülerek yapılan analizlere refraktometri denir. Kırılma indisi sıcaklık, basınç ve kullanılan ışının dalga boyuna bağlı olarak değişir. Bu koşullar sabit kaldığında maddeler için özgün bir kırılma indisi elde edilir. Kırılma indisinden yararlanılarak saflık ve nicel analiz gerçekleştirilir. Endüstride saflık kontrolünde kullanılan kırılma indisi ayrıca derişim analizinde de kullanılır. Şeker tayini, camda silisyun oksit tayini, petrolde aromatik hidrokarbon analizinde de kırılma indisinden faydalanılır. Votka ve rakıda kırılma indisinden etil alkol yüzde derişimi elde edilir. Yüzde değiştikçe kırılma indisi doğru oranda değişmektedir [5]. Kırılma indisi refraktometre adı verilen aletlerle ölçülür. Bu aletlerde ölçüm kritik açı ölçümüne dayanır. Bir maddenin kırılma indisinin ölçülmesi için tam yansıtma sınır açısını ölçmek gerekir. Son yıllarda gündeme gelen metil alkol zehirlenmeleri, sahte ve kaçak içkilerin üretiminde daha ucuz olması sebebiyle metanol kullanımı sebebiyledir. Kırılma bir ışın demetinin bir ortamdan farklı bir ortama geçerken yön değiştirmesidir. Kırılma indisi saydam maddelerde görülür ve kırılma indisi Şekil 3: Refraktometre çalışma prensibi Abbe, immersiyonlu ve Pulfrich gibi başlıca üç tip refraktometre bulunmaktadır.

4 Bunlardan en çok kullanılan Abbe refraktometresidir. Đmmersiyonlu refraktometresinde ml sıvı gerekir. Pulfrich ise monokromatik ışın ile çalışır. Abbe refraktometresinde iki prizmanın arasına kırılma indisi tayin edilecek madde sıvı film olarak yerleştirilir. Prizmalara gönderilen ışık ile kritik açıdan daha küçük açı ile gelen ışınların oluşturduğu aydınlık bölge ve kritik açıdan daha büyük açıyla gelen ışınların oluşturduğu karanlık bölge görülür [6, Nicel analiz için bilinen derişimlere karşılık kırılma indisinden oluşan bir kalibrasyon grafiği çıkarılır. Saflık kontrolü için kalibrasyon grafiğine gerek yoktur. 2. DENEYSEL AŞAMA 2.1 Kullanılan Cihazlar ve Malzemeler Bellingham + Stanley Limited 60/70 Abbe Refraktometresi kullanıldı. 2.2 Kullanılan Kimyasallar Etanol (J.T. Baker, %99), çeşitli alkol derecelerinde rakı, votka ve mastika örnekleri, içme suyu, deiyonize su 2.3 Deneysel Yöntem Başlangıçta makro pipet yardımıyla etil alkol standart çözeltileri sırasıyla %5, %10, %15, %20, %25, %30, %35, %40, %45, %50, %60, %70, %80, %90, %100 lük olarak içme suyuyla hazırlanıp oda sıcaklığında her birinin kırılma indisleri ölçüldü. Tablo 2 de söz konusu çözeltilerin kırılma indisleri verilmiştir. Şekil 4: Bir Abbe refraktometrenin şeması Tablo 1: Standartların hazırlanışı Yüzde derişim(%v/v) Etanol miktarı(ml) Đçme suyu miktarı(ml)

5 Analiz edilecek votka ve rakıların da kırılma indisleri Abbe refraktometresiyle aynı şekilde ve sıcaklıkta ölçülerek kaydedildi. Votka ve rakıların %50 seyreltilmiş çözeltileri hazırlanarak kırılma indisleri bir kere daha ölçüldü. Bu %50 lik çözelti, 5 ml içkiye 5 ml içme suyunun ilavesiyle hazırlandı. Standartlar iyice karıştırılıp Abbe refraktometresinin ölçüm penceresine ince bir film şeklinde döküldü. Kritik açıya ayarlanıp kırılma indisi okundu. Her ölçümden sonra pencere temizlenerek kuruması beklenildi. Her ölçüm üç kere tekrar edilip ortalaması alındı. Tablo 2.Standart çözeltilerin kırılma indisleri Derişim Kırılma indisi %5 1,336 %10 1,338 %15 1,340 %20 1,342 %25 1,346 %30 1,350 %35 1,352 %40 1,356 %45 1,358 %50 1,360 %60 1,362 %70 1,3635 %80 1,364 %90 1,365 %100 1,363 Tablo 3: %50 Seyreltilmiş rakıların hazırlanışı Örnek Đçme Votka Yüzde Suyu Miktarı Derişimleri Miktarı (ml) (ml) Örnek 1 % Örnek 2 % Örnek 3 % Örnek 4 % Tablo 4: %50 Seyreltilmiş votkaların hazırlanışı Đçme Rakı Rakı Yüzde Suyu Miktarı Örneği Derişimleri Miktarı (ml) (ml) Örnek 1 % Örnek 2 % Örnek 3 % Örnek 4 %50 5 5

6 Tablo 8: %50 seyreltilmiş votkaların kırılma indisleri Votka markaları Kırılma indisi Standart Sapma Örnek 1 1,344 1,344 1,344 1,344±0,0 Tablo 5: Rakıların kırılma indisleri Örnek 2 1,344 1,344 1,344 1,344±0,0 Örnek 3 1,343 1,343 1,343 1,343±0,0 Örnek 4 1,343 1,343 1,343 1,343±0,0 Rakı Örneği Kırılma Đndisi Standart Sapma Örnek 1 1,357 1,358 1,359 1,358±0,001 Örnek 2 1,358 1, ,358±0,0 Örnek ,360 1,361 1,360±0,001 Örnek 4 1, ,361 1,360±0, Sonuçlar Tablo 6: Votkaların kırılma indisleri Votka markaları Kırılma indisi Standart Sapma Örnek 1 1,356 1,356 1,356 1,356±0,0 Örnek ,356 1,356 1,356±0,0 Örnek 3 1,354 1,354 1,354 1,354±0,0 Şekil 3: Etanol için kırılma indisi derişim grafiği Örnek 4 1,354 1,354 1,354 1,354±0,0 Tablo 7: %50 seyreltilmiş rakıların kırılma indisleri Rakı markaları Kırılma indisleri Standart Sapma Örnek 1 1,344 1,345 1,346 1,345±0,001 Örnek 2 1,343 1,344 1,345 1,344±0,001 Örnek 3 1,345 1,346 1,347 1,346±0,001 Şekil 4: Etanol için kalibrasyon grafiği Örnek 4 1,347 1,348 1,349 1,348±0,001 y= x+ 1,3324 grafikten elde edilen bu denklemden yola çıkarak kırılma

7 indisleri ölçülen alkollerin yüzde konsantrasyonları bulundu. Votka için, Örnek 1: %36 Örnek 2: %39,3 Örnek 3: %39,3 Örnek 4: %36 Rakı için, Örnek 1: %42.7 Örnek 2: %46 Örnek 3: %46 Örnek 4: %42,7 3.1 Bağıl Fark Hesapları Bu hesaplamaları kullanırken aşağıdaki eşitlik kullanıldı. Kullanılan Rakı Üzerinde Yazan Hesaplanan % Fark Örnek 1 %45 %42,7 %5,11 Örnek 2 %50 %46 %8 Örnek 3 %47.6 %46 %2,13 Örnek 4 %45 42,7 %5,11 %50 seyreltilmiş votka için, yine aynı denklem kullanılarak % konsantrasyonlar hesaplandı. Kullanılan Üzerinde % Hesaplanan Votka Yazan Fark Örnek 1 %40 %39,3 1,75 Örnek 2 %37,5 %39,3 4 Örnek 3 %37,5 %36 4 Örnek 4 %40 %36 1,75 100x C-C o /C o Burada C hesaplanan derişim, C o ise şişe üzerinde yazan derişimdir. Votka için, Örnek 1: %4 Örnek 2: %1,75 Örnek 3: %1,75 Örnek 4: %4 Rakı için, Örnek 1: %5,11 Örnek 2: %2,13 Örnek 3: %8 Örnek 4: %5,11 Seyreltilen Votka Seyreltilmiş Halin Alkol Hesaplanan % Fark Yüzdesi Örnek 1 %20 19,33 3,35 Örnek 2 %18,75 17,67 5,76 Örnek 3 %18,75 17,67 5,76 Örnek 4 %20 19,33 3,35 %50 seyreltilmiş rakı için, yine aynı denklem kullanılarak % konsantrasyonlar bulundu.

8 Seyreltilen Rakı Seyreltilmiş Halin Alkol Yüzdesi Bunlardan başka, metanolün (CH 3 OH) kırılma indisi de ölçülerek, 1,326 bulundu. 3. TARTIŞMA VE YORUM Refraktometri yöntemiyle kırılma indisi ölçümünün oldukça pratik ve hızlı bir ölçüm metodu olduğu gösterildi. Votka ölçümlerinde elde edilen değerler votkanın sadece su ve etil alkolden meydana gelmesinden dolayı numunelerin üzerinde yazan değerlere oldukça yakın ölçülüyorken; rakı ölçümlerinde az da olsa sapmalar tespit edildi. Bu sapma rakı içeriğinde bulunan (etil alkol ve su haricinde) anason ve üzüm suyunun meydana getirdiği matriks etkisinden kaynaklanmaktadır. Hesaplanan % Bunun haricinde, daha hassas bir refraktometre kullanılması da sonuçların doğruluğunu artıracak bir özellik olabilir. Bazı içkiler %50 ve üstü alkol içerdiği için, seyreltildiğinde hala doğru/doğruya yakın sonuç elde edilebilindiğini görmek için seyreltme işlemi gerçekleştirildi. Fark Örnek 1 %22,5 %21 %6,67 Örnek 2 %25 %26 %4 Örnek 3 %23,5 %22,67 %3,53 Örnek 4 %22,5 %21 %6,67 Deneysel sonuçlardaki metanolun kırılma indisini kullanarak, sahte rakı olup olmadığını da tespit edilebilir. Etanol ve metanolün kırılma indisleri arasındaki farklılık sayesinde, sahte içkilerin tespiti için refraktometri uygun bir yöntem olabilir. 4. KAYNAKLAR Alkol kültürü,(2002), Bağımlılık Dergisi Özpoyraz N. & Tamam L., (n.d. ), Madde Kullanım Bozuklukları Pütün E., Laboratuvar teknikleri ve gereçleri (pp ) 7.