Atomik Absorpsiyon Spektrofotometresi

... konulu sunumlar: "Atomik Absorpsiyon Spektrofotometresi"— Sunum transkripti:

1 Atomik Absorpsiyon Spektrofotometresi
Atomik spektrum, sadece elektronların bir enerji düzeyinden diğerine geçişlerini içerir. En düşük enerji düzeyi olan temel halde bulunan bir atomun, ışık absorplayarak yüksek enerjili uyarılmış düzeylere geçişi, ilgilenilen atomun absorpsiyon spektrumunu oluşturur.

2

3 Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi Atomik Emisyon Spektroskopi
Atomik Spektroskopi Metallerin kalitatif ve kantitatif analizinde kullanılır. ppm , ppb mertebesinde eser element analizi yapılabilir. Her elementin elektron dizilişi farklı olduğu için elementler farklı dalga boylarında absorpsiyon ve emisyon yaparlar. Çalışılan dalgaboyunda göre elementlerin kalitatif analizi yapılabilir. Çalışılan dalga boyunda absorpsiyon veya emisyon şiddeti ise madde konsantrasyonu ile orantılıdır. (UV-GB bölgesi ışını kullanılır ve değerlik elektronları ile ilgilidir ) Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi Atomik Emisyon Spektroskopi Atomik Floresans Spektroskopisi Gaz halde ki metal atomlarının ışın absorpsiyonuna dayanır. Gaz halde metal atomlarının ısı enerjisi ile uyarıldıktan sonra temel seviyeye dönerken ışın yayması olayına dayanır. Gaz haldeki element atomlarının ışın enerjisini absorpladıktan sonra temel hale dönerken ışıma yapması olayına dayanır.

4 Özet AAS eser miktardaki metallerin (ppm ve ppb düzeyde) kantitatif analiz için kullanılmaktadır. Öncelikle analizi yapılacak örneğin çözeltisi hazırlanır. Hangi metalin analizi yapılacak ise cihaza o metalin oyuk katot lambası takılır. Standartlar hazırlanarak metalin absorbans yaptığı dalgaboyunda okuma yapılarak standart eğrisi hazırlanır.

5

6 Çalışma İlkesi: Atomik absorpsiyon spektroskopisinde metallerin çoğu ile az sayıda ametal analiz edilir. Atomik absorpsiyon spektroskopisinde numune elementel hale dönüştürüldükten sonra buharlaştırılır ve kaynaktan gelen ışın demetine maruz bırakılır, ışın kaynağından gelen ışınları absorplar.

7 Çalışma İlkesi: Gaz haline getirilmiş atomların elektromanyetik ışımayı absorblaması sonucunda sadece elektronik enerji düzeyleri arasında bir geçiş söz konusudur. Bu neden ile atomların absorpsiyon ve de emisyon spektrumları dar hatlardan oluşmuştur. AAS her elementin bir çok absorbiyon hattı vardır. Bunların içinden rezonans hat olarak isimlendirilen ve ışımanın dalga boyunun, temel enerji düzeyine geçerken yaydığı ışımanın dalga boyuna eşit olduğu hat seçilir.

8 Çalışma İlkesi: Sulu numune bir alev içine yükseltgen gaz karışımı ile püskürtülür. Bu şekilde 70 kadar element (metal/yarı metal) analiz edilir. Ametallerin absorpsiyon hattı vakum UV bölgeye düştüğünden bu elementler bu metotla analiz edilemez. Metodun hassasiyeti yüksektir. Eser miktarda madde analizi yapılabilir.

9 Çalışma İlkesi: Işığı absorplayan atomlarda temel seviyedeki elektronlar, kararsız uyarılmış enerji düzeylerine geçerler ve absorpsiyon miktarı, temel düzeydeki atom sayısına bağlıdır.

10 Cihazın Bölümleri(bileşenleri):
Atomik absorpsiyon spektrofotometresinin bileşenleri, analiz edilecek elementin absorplayacağı ışığı yayan ışık kaynağı, örnek çözeltisinin atomik buhar haline getirildiği atomlaştırıcı, çalışılan dalga boyunu diğer dalga boylarından ayrıştırılmasına yarayan monokromatör ve ışık şiddetinin ölçüldüğü dedektördür.

11

12

13 Alevli Atomik Absorpsiyon spektrofotometresi

14 Alevli Atomik Absorpsiyon spektrofotometresi

15 AAS’de Işık Kaynakları
AAS de ışık kaynaklarının görevi numunedeki atomların absorplayacağı dalgaboyundaki ışınları yaymaktır. Dar çizgiler hem absorpsiyonda hem de emisyonda tercih edilir. Çünkü dar çizgiler spektrumların örtüşmesinden kaynaklanan girişimi azaltır. Elementler çok dar dalga boyu aralığında (~0,002 nm) absorpsiyon yaparlar. Bu nedenle absorpsiyon hattından daha dar emisyon hattı veren bir kaynak kullanılmalıdır. Hidrojen ve tungsten lambası gibi sürekli ışın kaynağı kullanılmasıyla ölçülen absorbans çok küçük olur. Çünkü sürekli ışık kaynakları belli bir aralıkta her dalga boyunda ışın yayarlar. Ve bu ışınların çok azı dar absorpsiyon hatlı atom tarafından absorplanabilir. Oyuk Katot lambası Elektrotsuz boşalım lambası

16 Işın kaynakları Oyuk Katot Lambaları
En yaygın kullanılan ışın kaynakları oyuk katot lambalarıdır. Katot, spektrumu istenen metalden yapılmıştır. Çeşitli oyuk katot lambaları piyasada satılmaktadır. Bazılarının katodu birkaç metalin karışımını içerir ki bu tür lambalarla tek bir element yerine birkaç elementin tayini yapılabilir.

17 Elektrotsuz boşalım lambası
AAS’de kullanılan diğer bir ışık kaynağı ise elektrotsuz boşalım lambalarıdır. Bu lamba ise uçucu ve absorpsiyonu 200 nm’den küçük olan elementler için kullanılmaktadır. Sürekli ışık kaynağı olarak bilinen hidrojen, döteryum ve yüksek basınçlı kseneon lambaları geniş bir spektrumda ışıma yapmaktadırlar. Atomlar ise çok dar bir hatta absorpsiyon yaptıkları için kullanılan ışık kaynaklarının da dar bir hatta emisyon yapmaları gerekmektedir. Bu nedenle sürekli ışık kaynaklarının kullanılması doğru sonuç vermemektedir.

18 Sürekli Radyasyon Kaynağı Ksenon Lamba

19 Numune Verme Numune sisleştiriciler

20 Hidrür oluşturma Bazı elementler numune ortamına uçucu hidrürleri haline dönüştürülerek atomlaştırma ortamına alınıp tayin edilir. As, Sb, Sn, Se, Bi ve Pb gibi elementlerin hidrürlerini oluşturarak analiz etmek gözlenebilme sınırını 10 kattan daha çok azaltır. (en az 10 defa daha düşük konsantrasyonlarda elementler tayin edilir). Bu element çözeltilerine asidik ortamda %1 lik NaBH4 (sodyum bor hidrür) ilavesiyle uçucu hidrürlerine dönüştürülür. Ve bu şekilde Atomlaştırıcıya gönderilir. 3BH4- +3H+ + 4H3AsO3  3H3BO3+ 4AsH3+3 H2O Bu elementlerin bazılarının çok zehirli olmaları nedeniyle çok küçük konst tahin edilmeleri çok önemlidir. Çünkü böyle elementler besin maddeleri içinde bulunmaları istenmez.

21 Soğuk buhar Cıva oda sıcaklığında bile buharlaşabilen tek metal olduğundan atomlaşması için atomlaştırıcıya dışarıdan ısı enerjisi verilmesi gerekmez. Bu nedenle özellikle cıva analizi için soğuk buhar yöntemi olarak bilinen bir atomlaştırma yöntemi geliştirilmiştir. Cıva analizi yapılacak çözeltiye (Hg2+ içeren) Sn+2 eklenerek cıva iyonları metalik hale indirgenir. Civa gaz akımıyla absorpsiyon hücresine gönderilir. Hg2+ + Sn2+ → Hg0 + Sn4+

22 Numune Atomlaştırma Absorpsiyon hücresi olarak da adlandırılan atomlaştırıcının görevi, örnekteki iyonlardan ve moleküllerden analit elementinin temel haldeki atom buharını oluşturmaktır. Bu amaçla alevle atomlaştırma veya elektrotermal atomlaştırma yöntemleri kullanılır.

23 Alev atomlaştırma Alev atomlaştırmalı bir AAS cihazı Aerosol; bir gaz içerisinde dağılmış küçük boyutlu sıvı veya katı parçacıkların oluşturduğu süspansiyondur. Sisleştirme; ince damlacıklar içeren bir sprey oluşturmadır. Atomlaştırma sırasında oluşan süreçler

24 Yanıcı Gaz - Yakıcı Gaz - Sıcaklık ˚C
Doğal gaz – Hava – 1800 Propan – Hava – 1900 Hidrojen – Hava – 2000 Asetilen – Hava – 2300 Asetilen – Nitrozoksit (N2O) – (uyarılmaları daha yüksek sıcaklık isteyen metaller için) Asetilen – Oksijen – 3100 Yanma hızı gaz karışımının alev ortamına geliş hızıyla aynı olması gerekir. Aksi halde iyi sonuç alınmaz.

25 Alevin Yapısı

26 Alevle Atomlaştırma

27 Elektrotermal Atomlaştırıcı
Diğer bir atomlaştırıcı olan elektrotermal atomlaştırıcı grafit fırındır. Fırın elektriksel dirençle 3000˚C’ ye kadar istenirse kademeli olarak ısıtılabilmektedir. Alevli sistemlere göre daha pahalı fakat daha avantajlıdır. Özellikle ağır metal elementlerinin analizinde ppb düzeyine kadar inebildikleri için daha fazla tercih edilmektedir.

28 Elektrotermal atomlaştırıcı
Elektrotermal atomlaştırıcı olarak yandaki grafit fırın adı verilen 2-3 cm uzunluğunda 1 cm iç çapındaki tüp kullanılır. Bu tüpün her iki yanına bağlanmış elektrik akımı ile ısıtma yapılır. Burada numune çözeltisi(50L) s 110 °C de kurutma yapılarak suyu uzaklaştırılır. °C, s de ısıtılarak organik maddeler uzaklaştırılır. °C, 3-10 s de ısıtılarak atomlaştırılır. Elektrotermal atomlaştırıcılar düşük miktardaki numunelerde bile yüksek gözlenebilme sınırlarına sahiptir. Bu yüzden Alevli Atomlaştırıcılara göre tercih edilir.

29 ATOMİK ABSORPSİYON ANALİTİK YÖNTEMLERİ
Numune hazırlama Alev spektroskopik yöntemlerde, numune çoğu zaman sulu çözeltisi halinde uyarma kaynağına verilmelidir. Bu nedenle çoğu zaman numunelerin parçalanması ve çözünürleştirilmesi için yoğun ön işlemler gerekir. Sıcak mineral asitlerle muamele Kapalı sitemlerde yakma Yüksek sıcaklıklarda eritiş Otomatik numune verme sistemi Mikrodalgayla numune hazırlama cihazı

30 Numune hazırlama (devam)
Elektrotermal atomlaştırmanın avantajlarından biri, bir çok materyali doğrudan atomlaştırabilmesi, dolayısıyla çözeltiye alma basamağına gerek kalmamasıdır. Örneğin, kan, petrol ürünleri ve organik çözeltiler gibi sıvı numuneler, doğrudan kületme ve atomlaştırma için grafit fırına pipetlenebilir. Bitki yaprağı, hayvan dokusu ve bazı inorganik maddeler gibi katı numuneler, doğrudan kap tipi atomlaştırıcı veya tantal kayıkçık içinde tüp tipi fırın içerisine konmak üzere tartılabilir.

31 Kalibrasyon Eğrileri Teorik olarak, atomik absorpsiyon, absorbansın doğrudan derişimle orantılı olduğu Beer yasasına uyar. Ancak, çoğunlukla doğrusallıktan sapma ile karşılaşılabildiğinden doğrusal ilişkinin olup olmadığı deneysel olarak kontrol edilmelidir. Atomik absorpsiyon spektroskopisi ile kantitatif analiz, moleküllerin ışığın absorpsiyonunda olduğu gibi Beer-Lambert yasasına dayanır. Bu yasada, ortama gelen ışığın şiddetinin (Io), ortamdan ayrılan ışığın şiddetine (I) oranının logaritması olarak tanımlanan absorbansın (A), analiz edilen elementin derişimiyle doğru orantılıdır.

32 Atomik absorpsiyon spektrometri uygulamaları
60 tan fazla metal veya yarı-metalin kantitatif tayini için duyarlı bir araçtır. Bu yüzden pek çok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Eğitim ve araştırma Kozmetik endüstrisi Malzeme geliştirme Gıda kontrol İlaç endüstrisi Tıp Kimya endüstrisi Metalurji Tarım Su kalitesi

33 Atomik absorpsiyon ve diğer yöntemlerin bazı parametreler açısından karşılaştırılması

34

35 Soru 1: 5,00 mL’lik bir kan numunesi, proteinleri çökeltmek için trikloroasetik asit ile işleme sokulmuştur.Santrifüjleme sonrası oluşan çözeltipH 3’e ayarlandıktan sonra iki kez organik kurşun kompleksleştirici APCD reaktifi içeren 5 mL’lik metil izobütil keton ile ekstrakte edilmiştir. Doğrudan hava-asetilen alevine püskürtülen ekstrakt 283,3 nm’dde 0,502 değerinde bir absorbans vermiştir. 0,400 ppm ve 0,600 ppm kurşun içeren 5’er mL’lik iki standart çözelti de yukarıdaki işlemlere sokulduktan sonra sırasıyla 0,396 ve 0,599 absorbans değerleri elde edilmiştir.Beer kanununa uyulduğunu varsayarak numunedeki kurşun derişimini milyonda bir olarak belirleyniz. (Grafik kağıdında yapılacak) Soru 2: Atomik absorpsiyon spektroskopisinde kullanılan atomlaştırma yöntemlerinden hidrür oluşturma yönteminin prensibini (şekil de gösterilecek) kısaca açıklayarak hangi elementlerin tayini amacıyla kullanıldığını belirtiniz. Soru 3: Elektrotermal atomlaştırıcılar, alev atomlaştırıcılardan daha duyarlıdır. Neden?

36 AAS ile tayin edilen elementlerin absorpsiyon yaptıkları dalga boyları
Li Pd Ba Co Be Zn Na - 589 Pt Sc Rh Mg Cd K Cu Ir Ca Rb Ag Ni Sr Cs Au

37 Y Ta Ru Hg Ge Te La Cr Pr B Sn / 224.6 Tb Ti Mo Nd Al Pb / 283.3 Dy Zr W U Ga As Ho Hf Mn Sm In Sb Er V Re Eu Tl Bi Tm Nb Fe Gd Si Se

38

39 ICP Atomik emisyon, Alevli Atomik Absorpsiyon ve Grafit fırınlı AAS nin tayin sınırı açısından karşılaştırılması