ANALİTİK KİMYA Ders kitabı: SKOOG | WEST | HOLLER | CROUCH www ANALİTİK KİMYA Ders kitabı: SKOOG | WEST | HOLLER | CROUCH www.chemistry.brookscole.com/skoogfac

1. Modern Analytical Chemistry Referans kitaplar: 1. Modern Analytical Chemistry David Harvey http://academic.depauw.edu/harvey_web/ 2. Analitik Kimya Daniel C. Harris ISBN: 9789757313052

Kimya Nedir? Kimya, evrendeki bütün maddelerin özelliklerini ve değişimlerini inceleyen bir bilim dalıdır. 3 3

ORGANİK KİMYA: C ve onun bileşiklerini inceler. KİMYANIN BÖLÜMLERİ ORGANİK KİMYA: C ve onun bileşiklerini inceler. İNORGANİK KİMYA: Genellikle C ve bileşikleri dışındaki maddeleri inceler. FİZİKOKİMYA: Maddelerin enerji ilişkilerini ve hal değişimlerini inceler. BİYOKİMYA: Canlıların yapısında gerçekleşen kimyasal olayları ve bunların sonuç ve etkilerin inceler. NÜKLEER KİMYA: Atom çekirdeğindeki değişmeleri inceler. ANALİTİK KİMYA: Maddelerin tanınması, analizi, bileşiminin nicel ve nitel yönden incelenmesiyle ilgilenir. 4 4

Bölüm 1. Analitik Kimya Nedir? Maddenin bileşimini aydınlatmak amacıyla uygulanan metotların teorik ve pratik yönlerini inceleyen bilim dalına analitik kimya denir. Analitik kimya nitel (kalitatif) ve nicel (kantitatif) analiz olmak üzere iki kısma ayrılır. Bir kimyasal analiz için hem kalitatif hem de kantitatif analiz gereklidir. Örnekler: Her gün milyonlarca kan numunesindeki O2 ve CO2 derişimlerinin tayin edilmesiyle birçok hastalığın teşhis ve tedavisi gerçekleştirilmektedir. İnsanlarda paratiroid hastalığının teşhisinde, kan serumunda Ca2+ iyonunun tayini yardımcı olmaktadır. Besinlerdeki azotun nicel tayiniyle de protein miktarı ve dolayısıyla besleyicilik değeri bulunmaktadır. Kısaca nicel analitik ölçümler; kimya, biyokimya, biyoloji, jeoloji, fizik ve diğer fen dallarındaki pek çok araştırma alanı için önemli rol oynamaktadır. Not: Bir numunedeki tayin edilecek bileşenlere analit denir. Numuneyi oluşturan bileşenlere ise matriks denir.

Bir çok bilim dalı, analitik kimyanın kullandığı ilke ve tekniklerden yararlanır. Burada, analitik kimyanın merkeze konmuş olması, önemini ve başka pek çok disiplinlerle etkileşiminin genişliğini vurgulamak içindir. Analitik Kimya Kimya Biyoloji Fizik Mühendislik Tıp Malzeme Bilimi Sosyal Bilimler Ziraat Çevre Bilimleri Jeoloji Tipik bir nicel analizde numunenin kütlesi (gravimetri) ya da hacmi (volumetri) ölçülür. Bunların haricinde elektroanalitik ve spektroskopik yöntemler de kullanılır.

Nicel analizde izlenmesi gereken basamaklar: Yöntemi seç Numuneyi al Numuneyi hazırla Numune çözünüyor mu? Ölçülecek özellik var mı? Kimyasal yoldan çöz Bozucu etkileri gider Hayır Evet X özelliğini ölç Sonuçları hesapla Sonuçların güvenilirliğini bul Ölçülebilir özellikli hale çevir Nicel analizde izlenmesi gereken basamaklar: 1. Yöntem seçimi 2. Numune alma 3. Numune hazırlama 4. Bozucu etkilerin giderilmesi 5. Kalibrasyon ve ölçüm 6. Sonuçların hesaplanması 7. Sonuçların güvenilirliği

Dönüt kontrol (feed back) sistemi Analitik kimya, kendisi bir amaç değildir. Fakat daha büyük bir resmin parçasıdır. Örnek: Kanda glikoz derişiminin tayini Kandaki glikoz derişiminin 60-95 mg/dL’nin (1 dL = 0,1 L) üzerine çıkması ile şeker hastalığı ortaya çıkar. Pek çok hasta, laboratuarlara kan örneklerini göndererek, kanlarındaki glikoz seviyesini izlemek zorundadır. İzleme sürecinin ilk basamağı, kan numunesindeki glikoz seviyesinin tayinidir. Glikoz seviyesi yüksek ise hastaya insülin verilir ve tekrar glikoz ölçümü yapılır. Bu sayede, glikoz seviyesi kontrol altında tutulur. Bu şekildeki sürekli ölçme sistemine, dönüt kontrol (feed back) sistemi denir. Örneğin, bir yüzme havuzundaki uygun klor seviyesinin ayarlanmasında dönüt kontrol sistemi kullanılır.

Analitik Kimyada Kimyasallar, Gereçler ve Temel İşlemler Bölüm 2. Analitik Kimyada Kimyasallar, Gereçler ve Temel İşlemler Analitik kimyanın temelinde, bir takım işlemler ve bu alanın laboratuar çalışmalarında kullanılan gereçler yer alır. Reaktiflerin sınıflandırılması: 1. Teknik düzeyde saf olan kimyasallar sadece temizlik amacıyla kullanılabilir. 2. Reaktif düzeyinde saf olan kimyasal maddeler, Amerikan Kimya Derneği’nin (ACS) belirlediği standartlar düzeyinde yeterli saflığa sahiptirler ve analitik amaçlar için kullanılırlar. 3. Primer standart düzeyinde saf olan maddeler referans standart maddelerdir. 4. Özel amaçlı reaktifler ise örneğin HPLC’de çözücü olarak kullanılır. Reaktifleri ve çözeltileri nasıl kullanmalıyız? Analitik çalışma için mümkün olan en saf kimyasal madde seçilmelidir. Reaktif kaplarının kapakları, reaktif alındıktan sonra derhal kapatılmalıdır. Reaktifin fazlası (aksi belirtilmedikçe) kaba tekrar konmamalıdır. Katı reaktiflere spatül vb. sokulmamalıdır. Fazla reaktif ve çözeltilerin atılması için laboratuar sorumlusundan bilgi alınmalıdır.

Laboratuar malzemelerinin işaretlenmesi ve temizlenmesi Analizde numune içeren her bir kabın işaretlenerek, içeriklerinin doğru bilinmesi önemlidir. Erlen, beher ve gooch krozelerin üstündeki küçük mat bölgelere kurşun kalemle işaretleme yapılabilir. Porselen yüzeyler için ise doygun FeCl3 çözeltisi ile işaretleme yapılır. Kullanımdan önce her kap, önce sıcak deterjanlı su ile yıkanmalı, ardından, önce bol musluk suyu ile ve sonra deiyonize ya da damıtık su ile birkaç kez çalkalanmalıdır.

Sıvıların buharlaştırılması Aniden ve şiddetli kaynama sonucu patlamaların olması durumunda ise kaynatma yavaş yapılmalı ya da cam kaynama boncukları kullanılmalıdır. Organik bileşenlerin bir çözeltiden uzaklaştırılması için ise, H2SO4 ilavesinden sonra SO3 dumanları çıkışına kadar ısıtma yapılır (yaş kületme). Kütlenin ölçülmesi (Analitik teraziler) Bir gramdan en fazla birkaç kilograma kadar tartma kapasitesi olan ve maksimum kapasitedeki kesinliği an az 105’te bir olan teraziye analitik terazi denir. Uçucu olmayan çözünen madde içeren bir çözeltinin hacminin azaltılması işleminde buharların uzaklaşmasına imkan veren ancak geride kalan çözeltinin de kirlenmesini engelleyen saat camı kapaklar kullanılabilir.

Analitik terazi çeşitleri Makroterazi Kapasite: 160-200 g Kesinlik: ± 0,1 mg Yarımikro analitik terazi Kapasite: 10-30 g Kesinlik: ± 0,01 mg Mikroanalitik terazi Kapasite: 1-3 g Kesinlik: ± 0,001 mg

Analitik terazi kullanımında önlemler: 1. Tartım öncesi terazinin ayarı veya dengesi yapılmalıdır. 2. Tartılacak madde doğrudan kefe ile temas ettirilmemelidir. 3. Tartılacak madde mümkün olduğunca kefenin ortasına konulmalıdır. 4. Sıvıların tartılmasında ise darası alınmış cam kaplar kullanılmalıdır. 5. Terazi ve kefesi sürekli temiz tutulmalıdır. 6. Isıtılmış bir nesne tartılmadan önce oda sıcaklığına gelmesi için beklenmelidir. 7. Kuru nesnelerin nem almaması için maşa ile tutulması gereklidir. Desikatörler ve kurutucular Etüvlerde kurutulan ya da fırınlarda kızdırılan maddelerin soğutulurken nem almalarını önlemek için desikatörler kullanılır. Desikatörün alt bölmesinde susuz CaCl2, CaSO4 veya P2O5 gibi bir kurutucu bulunur. Desikatöre konan ısıtılmış bir cisim, içerideki havayı ısıtır ve basıncı arttırır. Bu tür durumlarda cismin soğumasına zaman tanımak için bir müddet kapak kapatılmaz veya vakumlu desikatörler kullanılır.

(a) Tipik bir desikatörün bileşenleri (a) Tipik bir desikatörün bileşenleri. Tabandaki kurutma maddesinin üzeri, çoğu zaman bir tel kafesle örtülür ve onun üzerinde tartım şişeleri ve krozeleri koymak için delikli bir porselen levha vardır. (b) İçine kuru katılar konmuş numune kapları ile bir desikatörün fotoğrafı.

Çökeltilerin süzülmesi Analitik bir çökeltinin süzülmesi için dekantasyon, yıkama ve aktarma yapılmalıdır. (a) Aktarma ile yıkama (b) Çökeltinin alınması

Süzme işlemi için huni, süzgeç kağıdı, piset ve erlen kullanılır Süzme işlemi için huni, süzgeç kağıdı, piset ve erlen kullanılır. Süzgeç kağıdı, süzme öncesi aşağıdaki gibi hazırlanır. Süzgeç kağıdı üzerinde elde edilen çökelti kağıtla birlikte ağırlığı bilinen bir porselen krozeye aktarılır ve kızdırma (yakma) yapılır. İşlem sonrası kağıt tamamen yanar. Porselen krozelerde 1100 oC’ye kadar yakma yapılabilir. (Laboratuarlarda kullanılan süzgeç kağıdı, yandığında kül bırakmayan özel bir kağıttır.)

Çökeltinin yakılması. Ön kömürleşme için krozenin en uygun yerleştirilme şekli.

Çökelekler bir cam süzme krozesi ile de süzülebilir Çökelekler bir cam süzme krozesi ile de süzülebilir. Söz konusu krozeler önce süzme, sonrasındaki kızdırma işleminde kap olarak kullanılır. Süzmenin hızlı olması için ise vakum yapılır. Bir cam süzme krozesi olan gooch kroze 500 oC civarındaki sıcaklıklara kadar dayanıklıdır. Görüldüğü gibi gooch krozenin porselen krozeye göre hem avantajlı hem de dezavantajlı yönleri vardır.

Vakumda süzme düzeneği. Tuzak, süzgeç kağıdından vakum kaynağını ayırır.

(a) Aktarım pipeti (10 mL’lik) Hacmin ölçülmesi Hacim birimi, bir desimekteküp (dm3) olarak tanımlanan litredir (L). 1 L = 103 mL = 106 μL (a) Aktarım pipeti (10 mL’lik) (b) Ölçüm pipeti (10 mL’lik) E A S 1 2 3 4 A’ya basılı tutarak puarı sıkın. Üst kısmına puar takılmış pipeti sıvıya daldırın ve istenilen hacmi çekene kadar S’ye basılı tutun. Pipet içeriğinin aktarılması için E’ye basılı tutun. Aktarımın tamamlanması için E’ye basılı tutarken puarı sıkın.

Eppendorf mikropipetleri Hacim aralıkları : 1-20, 10-100, 20-200, 100-1000 ve 500-5000 mL

Volumetrik kapların kullanımı Bir balonun boynunda ya da bir bürette bulunan bir sıvının üst yüzeyinde, kavislenme (menisk) oluşur. Ölçüm yapılırken, genellikle menisküsün altı referans olarak alınır. Meniske yukarıdan bakılırsa negatif hata, aşağıdan bakılırsa pozitif hata çıkar (paralaks). Doğru okuma yapabilmesi için göz menisk seviyesinde olmalı. Büret musluğunun doğru kullanımına dikkat edilmelidir.

Büret musluğunun kullanılması için önerilen yöntem.

Ölçülü balonlar Ölçülü balonlar işaret çizgisine kadar doldurulduklarında, 5 mL ile 5 L arasında belli hacimleri içerecek şekilde ayarlanmış kaplardır. Bazıları çözelti hazırlama (TC: to contain), bazıları ise dağıtım esasına (TD: to deliver) göre kalibre edilmişlerdir. Laboratuar Defteri Laboratuar defterinde ne yapıldığı ve ne gözlendiği başka birinin anlayacağı şekilde belirtilmelidir. Defterde deneyi yapanın adı, tarih, sıcaklık, nem, basınç, amaçlar, kimyasal eşitlikler, denklemler, reaktifler, deneyin yapılışı ve sonuçlar verilmelidir. Laboratuar güvenliği 1. Yangın söndürücüsü gibi acil müdahale ekipmanlarının yerini öğreniniz. 2. Koruyucu gözlük kullanınız. 3. Kimyasal maddeler ile cildinizin temasından kaçınınız. 4. Laboratuarda asla yalnız çalışmayınız. 5. Zehirli gazların çıkma durumunda çeker ocakta çalışınız. 6. Pipet ile sıvı çekerken puar kullanınız. 7. Bir cam malzemeyi tıpaya yerleştirirken ellerinizi havlu ile koruyunuz.

Bölüm 3. Analitik Kimyada Hesap Çizelgelerinin Kullanılması En yaygın hesap çizelgeleri; Microsoft Excel, Lotus 1-2-3 ve Quattro Pro’dur. Excel’deki bir çalışma sayfası (kitap 1) satır ve sütunlar (kolonlar) halinde düzenlenmiş ızgara biçimindeki hücrelerden oluşur. Satırlar, 1, 2, 3,… şeklinde, sütunlar ise A, B, C,… şeklinde etiketlenmiştir. İlk satırın hemen üstünde formül çubuğu (fx) yer alır.

Microsoft Excel programının açılış penceresi Microsoft Excel programının açılış penceresi. Menü çubuğunun, araç çubuklarının, aktif hücrenin ve fare imlecinin yerleşimine dikkat ediniz.

Excel ile karışık hesaplamaların yapılması Örnek 1. 3 farklı numunedeki klorür yüzdesini hesaplamak için kullanılan aşağıdaki eşitlik için Excel’i kullanınız. (AgCl : 143,321 ve Cl : 35,4527 g/mol) B6 hücresine yukarıdaki eşitlik şu şekilde yazılır: = B4*35.4527*100/143.321/B3