UV’DE NİCEL ANALİZ

Nicel analiz için gerekli Lambert-Beer yasası Maddenin ışığı soğurma (absorplama) derecesini ölçmek ve bundan yararlanarak derişimi saptamak için, soğurma ile derişim arasındaki ilişki bilinmelidir. Monokromatik (tek dalgaboylu ışıma) ve Io şiddetindeki bir ışık demeti, kalınlığı b cm olan bir tüpte bulunan çözeltideki herhangi bir molekül tarafından absorplandığında şiddeti azalır ve tüpü I şiddetinde terkeder. Moleküllerin seçilen dalgaboyundaki ışımayı absorplaması sonucu ortaya çıkan azalma Lambert-Beer eşitliği ile verilir.,  log Io/I =  εbc  = A   I0:  Örnek kabına giren ışık şiddeti, I :  Örnek kabını terkeden ışık şiddeti ε :  Molar absorpsiyon katsayısı  (L / mol.cm) b:   Örnek kabının kalınlığı  (cm) c:   Derişim (mol / L ), A:  Absorbans

Absorbans ve geçirgenlik Örnek kabını terkeden ve kaba giren ışık şiddetleri arasındaki orana geçirgenlik (T) denir.  I / Io = T = 10 -εbc  Absorbans ile geçirgenlik arasında ,  A = - log T = 2 – log % T     İlişkisi vardır ve  %T , yüzde geçirgenlik adını alır.

Lambert-Beer yasasının toplanabilirliği Bir çözeltinin verilen dalga boyundaki toplam absorbansı, çözeltide var olan bileşenlerin bireysel absorbansları toplamına eşittir.   Atoplam= A1 + A2 + .......+ An   = ε1bc1 + ε2bc2 +.............    1,2 indisleri absorpsiyon yapan bileşenleri göstermektedir.

Absorsiyon yapan ve yapmayan türler **Organik kromoforlardan bir ya da fazlasını içeren bir organik bileşiğin spektrofotometrik tayini mümkündür. Belli sayıda inorganik türde (geçiş metalleri, nitrit, nitrat, kromat iyonları,osmiyumve rutenyum tetra oksitler vb.) absorlama yaptığından doğrudan tayine elverişlidir. ** Bileşik mor ötesinde soğurma yapmıyorsa, mor ötesinde soğurma yapan başka bir bileşiğe, bir türevine veya bir kompleksine dönüştürülerek de analizi yapılabilir. Örneğin, et ve balığın parçalanması sırasında trimetilamin açığa çıkar. Et ve balık, kalitesinin bulunması için pikrik asit ile etkinleştirilir; bu yolla trimetilamin 358 nm’de soğurma yapan pikrat türevine dönüştürülerek analiz yapılabilir.

Analizde izlenen basamaklar Maksimum soğurma dalga boyunun bulunması Kalibrasyon grafiğinin oluşturulması ve bilinmeyen çözeltinin derişiminin bulunması

A) Maksimum soğurma dalga boyunun bulunması -Kör çözeltinin hazırlanması -Tarama çözeltisinin hazırlanması -Dalga boyu taraması: -- spektrofotometrede absorbans değerini sıfırlama --Tarama çözeltisi için bir dalga boyu aralığında 10 nm arttırarak dalga boyu absorbans değerlerinin kaydedilmesi. Dalga boyuna karşı absorbans grafiği çizilerek en fazla absorbansın gözlendiği dalga boyunu belirlenmesi. Bu dalga boyunda kör absorsiyon yapmamalı.

B) Kalibrasyon grafiğinin oluşturulması ve bilinmeyen çözeltinin derişiminin bulunması Çalışılacak dalga boyu değeri saptandıktan sonra 1-Analizi yapılacak maddeyi içeren ve derişimleri bilinen bir dizi standart çözelti hazırlanır, kör çözelti için spektrofotometre %0T’ye ayarlanı ve seçilen dalgaboyunda  absorbans değerleri ölçülür. Absorbans değerleri, standart çözeltilerin bilinen derişimlerine karşı grafiğe geçirilir ve böylece bir kalibrasyon doğrusu elde edilir. Bundan sonra, bilinmeyen örneğin absorbans değeri ölçülür ve kalibrasyon doğrusunda bu değere karşı gelen derişim saptanır. A-c eğrisi gibi %T-c eğrisi de mor ötesi analizinde kalibrasyon eğrisi olarak kullanılabilir, hatta daha da güvenilirdir. Çünkü A-c eğrisi A üzerindeki bağıl duyarlılığı göstermez. Konsantrasyon-absorpsiyon bağıntısında absorbansın 0,2-0,9 arasında olmasına dikkat edilmelidir. Aksi halde hata büyür.

2-Diğer bir yöntem de standart ekleme yöntemidir. Neden böyle bir yönteme gerek duyulmuş? Aynı miktarda numuneye standart bir çözeltinin giderek artan miktarları ilave edilir, sabit bir hacme seyreltilir. Zamandan ya da numuneden tasarruf etmek için, Numunen katkılı ve katkısız sadece iki kısmını kullanmak suretiyle standart ekleme metodunu gerçekleştirmek mümkündür. İki kısım numuneden birine Vs ml standart eklenir. Bu yaklaşım aşağıdaki eşitliğe dayandırılır: A1= ε Vx bcx /VtA1 A2= ε Vx bcx /Vt + ε Vs bcs /Vt A2 / A1’den cx= A1csVs /(A2-A1)Vx denkleminden numunenin derişimi bulunabilir.

Soru1: 3,6,6-trimetilsikloheks-2-en-1-on bileşiğinin UV spektrumunda 239 nm’de absorpsiyon yapmaktadır. Örnek tüpünün uzunluğu 1 cm ve molar soğurma katsayısı 9259, 3 Lmol-1cm-1 olduğuna göre etanol içerisinde bu maddenin derişimi nedir? (λmax’ da A=1) A= εbc  1=9259.3 L /mol.cm x 1cm x c c= 1.08 x 10-4 mol/L

Soru-2: 2,00 ml idrar numunesi, fosfat ile renk oluşturucu bir reaktifle muamele edilmiş ve daha sonra karışım 100 ml’ye seyreltilmiştir. Aynı idrar numunesinden alınan ikinci bir 2,00 ml’lik kısma 0,03 mg fosfat/mL içeren standardın 5,00 ml’si katılmış ve orijinal numune ile aynı şekilde işlem görmüştür. Birinci çözeltinin absorbansı 0.428 ve ikincinin 0,538’dir. Numunedeki mg/ml cinsinden fosfat derişimini hesaplayınız. = 0,428 x 0,03 (mg PO4-3 /ml) x 5,00 ml (0,538-0,428) x 2,00 ml numune = 0,292 mg PO4-3 / ml numune cx

Soru-3: Mor ötesi spektrumları verilen (a) ve (b) bileşikleri için λmaks ve εmaks değerlerini bulunuz. (a) Çözücü: etanol, c= 2,5x10-4M, l=1 cm, (b) Çözücü: H2O, c= 1.9 mg/25 cm3, l=1 cm.

Karışımlarının analizi Karışımların analizinden iyi sonuç alabilmek için: 1-Karışımdaki bileşenlerin absorbansları Beer kanununa uymalı 2-Bileşenler birbirlerinden bağımsız olmalı 3-Bileşenlerin molar absorptiviteleri arasında büyük farklar olduğu dalga boylarında çalışılmalı Bir çözeltinin verilen dalga boyundaki toplam absorbansı, çözeltide var olan bileşenlerin bireysel absorbansları toplamına eşittir.  Atoplam= A1 + A2 + .......+ An   = ε1bc1 + ε2bc2 +.............  1,2 indisleri absorpsiyon yapan bileşenleri göstermektedir.  

Tayini yapılacak karışım iki madde ihtiva ediyor ve maddelerden birinin absorpsiyon yaptığı yerde, öteki yapmıyorsa; Bu durumda tayin çok kolay olur. Şöyle ki M ve N spektrumları maddelerden her birinin yalnızken verdikleri spektrum olsun. İki ayrı dalga boyunda ölçülen absorbanslardan yararlanılarak M ve N konsantrasyonları bulunur.

Karışımdaki iki madde aynı dalga boylarında absorpsiyon yapıyorsa; Öncelikle yine bileşenlerin absorpsiyon spektrumları incelenerek, birinci bileşenin ışığı çok absorpladığı ve  ikinci bileşenin az absorpladığı bir dalgaboyu (λ1) seçilir. Bu dalgaboyunda her iki bileşen için derişimi bilinen çözeltiler kullanılarak absorbans ölçülür ve Lambert-Beer eşitliğine göre molar absorpsiyon katsayıları 1ελ1ve 2ελ1 bulunur. Daha sonra ikinci bileşenin ışığı çok absorpladığı ve birinci bileşenin az absorpladığı bir dalgaboyu (λ2) seçilir ve bu dalgaboyunda da derişimi bilinen çözeltiler kullanılarak her iki bileşen için absorbans değerleri ölçülür ve 1ελ2ve 2ελ2  bulunur.

En son olarak da, c1 ve c2 derişimlerinde karışım halinde bulunan örneğin absorbansı λ1 ve λ2 dalga boylarında okunarak iki absorbans değeri, Aλ1 ve Aλ2 bulunur. Ölçülen bu absorbans değerleri ve hesaplanan ε değerlerinden yararlanarak,   Aλ1 =   1ελ1bc1 + 2ελ1bc2   Aλ2 =   1ελ2bc1 + 2ελ2bc2 Eşitlikleri yardımıyla c1 ve c2 hesaplanır.

Soru: Aşağıdaki spektrumu değerlendirerek, örnek karışımında bulunan A ve B maddelerinin molar derişimlerini belirleyiniz.

Mol kütlesinin bulunması Bir bileşiğin yapısına, soğurması diğer kromoforların soğurmalarından farklı fakat bilinen bir kromofor bağlanarak ya da maddenin türevini yaparak bileşiğin mol kütlesi de hesaplanabilir. Örneğin aminlerin pikratları, aldehit ve ketonların 2,4dinitrofenilhidrazonları ve şekerlerin osazonları hazırlanabilir ve mol kütlesi, A soğurganlığı ölçülerek aşağıdaki formül yardımıyla bulunabilir. A =εbc = ε gl /Mv M= ε gl/Av g:bileşiğin kütlesi, M: bileşiğin mol kütlesi v: çözeltinin hacmi

Hız sabitlerinin ve denge sabitlerinin (asitlik veya bazlık sabiti, tautomeri denge sabiti vb) bulunması Hız sabiti: Bir reaksiyondaki ürünlerden biri UV-Vis bölgede soğurma yapıyorsa, belli bir soğurma bandının kaybolma ve ortaya çıkma hızının ölçülmesi yoluyla reaksiyon hızı ölçülebilir. Asitlik veya bazlık sabiti: HA zayıf asidi için pKa= pH – log(1-x)/x eşitliği yazılabilir. pKa’yı bulmak için x’i bulmak gerekmektedir. Bunun için HA ve A-, ayrı ayrı pKa’ya yakın pH’lı tampon çözeltilerde çözülür ve uygun dalga boyunda molar absorbansları ölçülür. Molar absorbanların toplanabilirlik özelliğinden A= εA x + εHA(1-x) x= (A- εHA ) / (εA- εHA) x değeri pKa yı veren formülde yerine konarak pKa hesaplanır

Spektrofotometrik titrasyonla (asidimetrik, kompleksometrik, redoksimetrik titrasyon) eş değerlik noktası bulunarak derişim tayini yapılması Tautomer dengesinin çalışılması: Suda ve apolar çözücülerde keto, enol yüzdeleri hakkında bir fikir edinilebilir. Bazı tautometrik sistemlerde kararlı bileşenlerin bulunmasına yarar.

Kaynaklar: http://web.inonu.edu.tr/~hturkdemir/SORU311.htm Gündüz, T., İnstrumental analiz, Ankara, 2002, Gazi kitapevi, s:267-270 Okay, G. ve Yıldırır, Y., Organik kimya problemleri ve çözümleri, Ankara, 1998, Bilim Yayınları, s:364 http://kimyaevi.com Kılıç, E. ve Köseoğlu, F., Analitik kimya temelleri 2, Ankara, 1999, Bilim Yayıncılık, s:569-572 Erdik, E., Organik kimyada spektroskopik yöntemler, Ankara, 1998, Gazi kitapevi, s:61-63