Lambert-Beer Kanunundan Sapmalar

... konulu sunumlar: "Lambert-Beer Kanunundan Sapmalar"— Sunum transkripti:

1 Lambert-Beer Kanunundan Sapmalar
Üç temel sapma kaynağı vardır. Bunlar; Cihazdan Gelen Sapmalar Kimyasal Maddelerden Gelen Sapmalar Analizci Hatasından Kaynaklanan Sapmalar

2 Cihazdan Gelen Sapmalar
Cihaza gelen akımın düzgün olmaması Işın Kaynağının iyi çalışmaması Dedektör sisteminin iyi çalışmaması Kaçak Işınların olması Monokromatörün hatalı olması Slit Aralığının iyi ayarlanmaması Negatif Absorbansa neden olur. Yalancı pikler ortaya çıkabilir.

3 Kimyasal Sapmalar Disosyasyon Asosyasyon İyonlaşma pH ayarlaması
Tetramin, Koyu renkli Triamin Soğurumları farklı dalgaboyunda Asosyasyon Benzoik asit vb. polar olmayan (hekzan) çözücülerde dimerleşir. Dimer ve monomerler farklı dalga boylarında soğurum yaparlar. İyonlaşma Molekül 273 nm (e=970) Anyon 268nm (e=560) Benzoik asit su içinde; pH ayarlaması Kromat-Dikromat Dengesi- Düşük pH larda denge sağa kayar. Bu tür durumlarda Tampon ortam hazırlanır.

4 Floresans ve Fosforesans
Madde rengini ve soğurum yeteneğini etkiler. İyot alkolde kahverengi, benzende kırmızımsı, hekzanda koyu mor Çözücü Değişmesi Sıcaklık artışı iyonların absorplamalarını farklı dalga boylarına kaydırır. Sıcaklık Bu tür özellik gösteren maddeler de sapma gösterir. Floresans ve Fosforesans

5 Analizci Hatasından Kaynaklanan Sapmalar
Deneyim kazanmak istiyorsan söylediklerimi dikkate almanı öneririm… Dikkatsizim ve Acemiyim. Bir sapmaya neden olursam özür dilerim! Yüksek absorplama derişimlerinde çalışılmalı 0,2-0,9 abs aralığı veya Molar derişim Çözelti içinde kabarcıklar ve asılı tanecikler olmamalı Çözelti kabı kirli ve çizik olmamalı UV atlaslarından yararlanılmalıdır.

6 Kalitatif ve Kantitatif Analiz
Spektrofotometrik ölçümlerde kör, standart ve numune olmak üzere üç çözelti hazırlanır. Kör, cihazın optik ayarı (sıfır ve 100 ayarı) için kullanılır. Kör olarak; destile su veya reaktifin kendisi kullanılır. Bazı ölçümlerde numune körü de kullanılabilir. Destile su körü, en sık kullanılan kördür; okuma küvetine destile su konularak hazırlanır. Daima absorbans değerinin sıfırlanması için kullanılır.

7 Spektrofotometre ile bir maddenin nicel analizinin yapılacağı dalga boyunu belirleyebilmek için, örneğin absorpsiyon spektrumunu bilmek gerekir. Bunun için, maddenin 1 molar çözeltisinin çeşitli dalga boylarındaki absorbans değerleri ölçülür.  Çözücünün ve çözeltide bulunan başka türlerin ışığı absorplamadığı, Lambert-Beer eşitliğine uyulduğu ve nicel analizin en duyarlı bir biçimde yapılabileceği dalga boyu değeri saptandıktan sonra analizi yapılacak maddeyi içeren ve derişimleri bilinen bir dizi standart çözelti ile bu dalga boyundaki absorbans (A) değerleri ölçülür. A değerleri, standart çözeltilerin bilinen derişimlerine karşı grafiğe geçirilir.

8

9 Standart çözeltilerin bilinen derişimlerine karşı A değerlerini grafiğe geçirmek suretiyle elde edilen doğruya kalibrasyon doğrusu denir.   Nicel analiz, kalibrasyon doğrusunun doğrusal olduğu bölgede yapılır. Derişimi bilinmeyen örneğin A değeri ölçülür ve kalibrasyon doğrusunda bu değere karşılık gelen derişim saptanır.  Molar soğurum katsayısının değerinin bilindiği durumlarda, Lambert-Beer eşitliğinin analizde doğrudan kullanılması da mümkündür.  Absorbans (A)= c l

10 Spektroskopik Yöntemler
Ultraviyole-Görünür Alan absorpsiyon spektroskopisi Atomik emisyon ve atomik floresans spektroskopisi Plazma Emisyon ve Kütle Spektroskopileri Floresans ve fosforesans spektroskopisi İnfrared (IR)spektroskopisi Nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi Kütle spektrometrisi

11 Ultraviyole-Görünür Bölge absorpsiyon spektroskopisi
Çözelti içindeki madde miktarını çözeltiden geçen veya çözeltinin tuttuğu ışık miktarından faydalanarak ölçme işlemine fotometri, bu tip ölçümde kullanılan cihazlara da fotometre denir. Fotometrik ölçümde, renksiz çözeltilerin konsantrasyonu da ölçülebilir.

12 Fotometre – Spektrofotometre?
Analiz edilen örnek üzerine düşen ışık demetinin bir kısmını filtreler kullanarak ayıran ve gönderen aletler kolorimetre veya fotometre olarak adlandırılırken, yarıklar yada prizmalar aracılığı ile bu seçiciliği yapan aletlere spektrofotometre denir.

13 Işık demetinin yansıma, kırılma ve saçılma yoluyla oluşan sapma açısını ölçmeye yarayan aletlere spektometre denir. Spektroskopi, bir örnekteki atom, molekül veya iyonların, bir enerji düzeyinden diğerine geçişleri sırasında soğurulan veya yayımlanan elektromanyetik ışının ölçülmesi ve yorumlanmasıdır.

14 UV-Vis. Spektrofotometre

15 Cihazın Başlıca Bölümleri
Maddenin ışığı absorplamasını incelemek için kullanılan düzeneğe absorpsiyon spektrometresi veya absorpsiyon spektrofotometresi adı verilir. Bir spektrofotometre düzeneği başlıca 5 bölümden oluşur. Bunlar sırasıyla; Işın kaynağı, Dalga boyu seçicisi (monokromatör), Numune Haznesi, Dedektör:Optik sinyali elektrik sinyaline çevirir, Sinyal Kaydedici

16 Işın Kaynağı 1- Yeterli güçte ışın demetleri oluşturmalı
2-Yaydığı ışın şiddeti belirli bir sürede sabit kalmalı(bunu sağlamak zor olduğundan iki ışın yollu cihazlar kullanılır. Numuneden geçen ve geçmeyen ışınlar karşılaştırılır.) 3- istenilen dalga boyunda ışın yayabilmeli Bütün bu özellikler tek bir ışın kaynağında olmadığından amaca uygun olarak çeşitli ışık kaynakları kullanılır. Kaynaklar yaydıkları ışına göre “sürekli” ve “çizgi” olmak üzere 2 ye ayrılır.

17 Sürekli spektrum kaynakları
Bunlar absorpsiyon ve floresans spektroskopisinde yaygın olarak kullanılır. Belli bir dalga boyu aralığında tüm dalga boylarındaki ışınları yayarlar. Çizgi Spektrum Kaynakları Sadece bazı dalga boylarında ışın yayan kaynaklardır.

18

19 D2, W, H2, Xe, civa buhar lambası gibi sürekli ışın kaynakları kullanılır.
Tungsten lambası, görünür ve yakın IR bölgede ( nm) ışık yayar. Tungsten lambasının içinde bir miktar iyot veya brom buharı bulunursa lambanın ömrü artar ve bu lamba tungsten-halojen lambası olarak adlandırılır. Ultraviyole bölgede en çok kullanılan lambalar, hidrojen ve döteryum elektriksel boşalım lambalarıdır. Bu lambalar nm arasında ışık yayar. Daha pahalı ve daha uzun ömürlü olan D2 lambasının yaydığı ışığın şiddeti H2 lambasına göre çok daha fazladır.

20 Kullanılan ışın kaynağının;
Xe ark lambası, UV-görünür bölgenin tümünde ( nm) kullanılabilecek şiddetli ve sürekli ışık kaynağıdır. Civa buhar lambası, her iki bölgede ışıma yapabilen bir ışık kaynağıdır; sürekli spektruma ek olarak kesikli hatlar da içerir. Kullanılan ışın kaynağının; Enerjisi büyük olmalı Sürekli spektrum vermeli Enerjisi sabit ve kararlı olmalı.

21 Monokromatör Dalga boyu seçicileri (monokromatörler), ışık kaynağından gelen polikromatik ışık demetlerini tek dalga boylu monokromatik ışık demetlerine dönüştüren cihazlara denir.  Örnek üzerine gönderilen ışığın daha monokromatik olmasını sağlamak için bazı spektrofotometrelerde çift monokromatör kullanılır.  Monokromatör, filtreli fotometrelerde ışık filtresidir; spektrofotometrelerde ise prizma veya optik ağdır.

22

23 Filtreler Işık filtreleri, camdan yapılmış ve uygun boyalarla boyanmış filtrelerdir. Portatif olup kullanıcı istediği zaman uygun dalga boyundaki filtreyi cihaza takar. Filtrelerin üzerinde geçirdikleri dalga boyu yazılıdır. Filtrenin rengi, ölçüm yapılacak çözeltinin rengine göre seçilir; örneğin, mavi ışığı tutan (sarı) bir maddenin ölçümünde sadece mavi ışığı geçiren filtre kullanılır.

24 Prizmalar Prizmalar, cam veya kuartz olabilir. Özellikle kısa dalga boylu UV ışınlarını iyi geçirmediğinden cam prizma görünür bölge için uygundur. Kuartz prizmalar ise hem UV ışınlarını iyi geçirir, hem de görünür ışık ve IR’e yakın bölgelerde çalışmaya elverişlidir. Kuartz prizmalar pahalı spektrofotometrelerde bulunur.

25 Optik Ağlar

26 Numune Hücresi Spektrofotometrelerde örneğin konulduğu örnek kapları (küvet), yuvarlak bir tüp veya dört köşe olabilir. Küvetler, soft cam, borosilikat cam, kuartz veya plastikten yapılır.

27 Soft camlar asidik çözeltiler, borosilikat camlar kuvvetli alkali çözeltiler için uygundur. Corex gibi bazı camlar 340 nm’de kullanılabilse de kısa UV dalgalar için uygun değildir. Kuartz küvetler hem UV hem görünür dalga boyları için uygundur. Plastik küvetler ise nm arasında rahatlıkla kullanılabilir.

28 Küvetlerin temizliği Küvetler kullanıldıktan hemen sonra bol çeşme suyu ve ardından destile sudan geçirilmelidir. Aşırı kirlenen veya koyu renkli reaktiflerin okunduğu küvetler yumuşak deterjanlı su, çeşme suyu ve destile su ile yıkanmalıdır. Kesinlikle fırça kullanılmamalıdır. Deterjanla temizlenemeyen küvetler, %20’lik nitrik asitte bir gece bekletildikten sonra, destile sudan geçirilip kullanılır. Küvet temizliğinde bikromat çözeltisi kullanılmamalıdır. %10’luk NaOH kullanılabilir; ancak küvetler bu çözeltide uzun süre bekletilmemelidir.

29 Dedektör Dedektörler fotonlara ve ısıya duyarlı olmak üzere iki türlüdür. Spektrofotometrelerde dedektör, maddenin ışığı absorplayıp absorplamadığını anlamak için ışık kaynağından gelen ışığın şiddetinin ölçülmesi amacıyla kullanılan düzenektir. Foton dedektörleri, ışın fotonlarının aktif bir yüzeye çarparak ya elektron koparması ya da yüzeydeki elektronları uyararak yüzeyi iletken hale getirmesi esasına dayanır. Yaygın olarak 6 tip foton dedektörü kullanılır. Fototüpler Fotoçoğaltıcılar Silisyumlu fotodiyotlar

30 Karanlık Akım nedir? Fotovoltaik hücreler Fotoiletken hücreler Yük aktarım düzenekleri Isı dedektörleri UV-görünür bölgede kullanılabilen üç tür dedektör vardır. Fotovoltaik dedektör Fototüp Fotoçoğaltıcı tüp

31 Fotovoltaik dedektörler
Genellikle görünür bölgedeki ışınların enerjilerini ölçmekte kullanılırlar. Böyle bir hücrede en fazla duyarlık 550nm de görülür nm lerde duyarlılık %10 kadar düşer. Fotovoltaik  hücrelerin en altında düz , bakır veya demir elektrot bunun üzerinde yarı iletken selen veya bakır I oksit bulunur. Yarı iletken tabakanın üstü , ışınları geçirebilen gümüş ,altın , kurşun tabakası ile örtülmüştür. Bu tabaka ikinci bir elektrot görevini yapar.

32 Fototüpler Görünür ve UV ışınlarının elektrik enerjisine çevrilmesinde kullanılırlar. Fototüp,  havası boşaltılmış saydam bir tüp içine silindirik bir katot ve tel bir anot ile yapılır. Katodun üzerinde ışına duyarlı yarı iletken alkali metaller bulunur. Bunların bileşimi: Cs3Sb, K2CsSb, Na2KSb Böyle bir elektrot üzerine ışın demeti düşürülünce katottan elektronlar koparılır ve anot tarafından çekilir.  Bu yöntemle koparılan elektron sayısı fotovoltaik hücrelerdekinin dörtte biri kadardır. Elektronların anot tarafından çekilebilmesi için 90V ’luk gerilim uygulanmalıdır. Elektronların anoda çekilmesinden sonra akım yalnız ışın şiddetine bağlıdır.

33 Fotoçoğaltıcı tüpler Foto tüplerdeki akım şiddeti özel düzenekler kullanılarak şiddetlendirilir. Bir elektrondan milyonlarca elektron oluşturulan bu düzeneklere fotoçoğaltıcı tüpler denir. Böylelikle en zayıf ışınların enerjileri bile ölçülebilir. Fotovoltaik dedektörler hariç diğer dedektörler atomik spektrometrelerde kullanılır.

34 Sinyal Kaydedici/İşlemci
Dedektörden gelen elektrik sinyalini yükselten elektronik bir düzenektir. Sinyali doğru akımdan alternatif akıma yada alternatif akımdan doğru akıma çevirebilir. Sinyalde istenmeyen bileşenleri uzaklaştırabilir.

35 İdeal bir dedektörün özellikleri
Yüksek duyarlılığa sahip olmalı Sinyal/Gürültü (S/N)oranının yüksek olmalı Geniş dalga boyu aralığında sabit ve orantılı cevap vermeli Hızlı cevap vermeli Işın gelmediğinde çıkış sinyali 0 olmalı.

36 Tek ışın yollu spektrofotometreler
Tek ışık yollu spektrofotometrelerde, bileşenlerin tümü aynı ışık yoluna yerleştirilmiştir.  Bu aletin başlıca üç ayar düğmesi vardır: Bunlardan biri, alette kullanılan optik ağ veya prizmayı mekanik olarak döndürmeyi sağlayan düğmedir. İkinci düğme, ışık yolunu tamamen kapatarak galvanometre “sıfır” geçirgenlik ayarını yapmak içindir. Üçüncü düğme, ışığın geçtiği aralığın enini değiştirir.

37 Ölçümün yapılacağı dalga boyu birinci düğme ile ayarlandıktan sonra ışık yolu kapatılarak ikinci düğme ile “sıfır” ayarı yapılır. Daha sonra üçüncü düğme ile ışığın geçtiği aralığın eni değiştirilerek ve örnek kabında sadece çözücü kullanılarak galvanometre 100 değerine getirilir. Sıfır ve 100 ayarları her dalga boyunda yeniden yapılmalıdır.

38 Çift ışın yollu spektrofotometreler
Çift ışık yollu spektrofotometrelerde, monokromatörden çıkan ışık, eşit şiddette iki demete bölünerek biri örneğe diğeri sadece çözücünün bulunduğu kaba gönderilir. İkiye ayrılan ışık, iki ayrı dedektörle algılanır ve dedektörlerde oluşan sinyallerin oranı ölçülür. Böylece örnekteki geçirgenlik değeri sürekli olarak çözücününki ile karşılaştırılmış olur. Burada iki dedektörün tam uyumlu olması, yani eşit şiddetteki ışık ile aynı sinyali oluşturması gerekir.

39

40 Çift ışık yollu spektrofotometrelerde, tek dedektör kullanılarak da ölçüm yapmak mümkündür. 
Örnekten ve çözücüden geçen ışık demetleri dedektör üzerine art arda gelir ve alternatif türden sinyal oluşturur. Işık şiddetleri eşit ise dedektörde herhangi bir sinyal oluşmaz; örnek bölmesinden gelen ışığın şiddeti absorpsiyon nedeniyle azaldığı zaman dedektöre gelen sinyal alternatif sinyal olarak algılanır.

41 Çift ışık yollu spektrofotometrelerin bir başka türü çift dalga boylu spektrofotometrelerdir. Çift dalga boylu spektrofotometrelerde iki farklı monokromatör vardır; iki farklı dalga boyundaki ışık, dönen bir ışık bölücü yardımıyla örnekle art arda etkileştirilir. Bulanık çözeltilerde dalga boylarından biri çözeltideki maddenin absorplayacağı, diğeri ise absorplamayacağı değerlere ayarlanır. Bulanıklıktan dolayı her iki dalga boyunda aynı miktarda ışık kaybı olacağından iki dalga boyunda yapılan ölçümlerin farkı, sadece örneğin absorbansı ile ilişkilidir.

42

43 Diyot Serili UV Spektrofotometre Cihazı

44 Spektrofotometrelerin kalibrasyonu
Bir miktar potasyum bikromat (K2Cr2O7), 100°C’de bir saat süre ile kurutulur. Kurutulmuş potasyum bikromattan çok hassas olarak 0,005 g tartılır ve 1 L’lik balon jojede 0,005 M sülfürik asit çözeltisinde son hacim 1 L olacak şekilde çözülür. Bu çözeltinin absorbansı, 15-25°C aralığında 1 cm’lik küvette 350 nm dalga boyunda okunur. Reaktif körü olarak 0,005 M sülfürik asit çözeltisi kullanılır. Bu şartlarda ölçülen absorbans değeri 0,536±0,005 olmalıdır.

45 Tercih edilen spektrofotometrik ölçüm cihazının özellikleri
Örnek Şartname Filtreli fotometre değil, spektrofotometre olmalı. Okuma aralığı nm arasını kapsamalı Cihazın küvet okuma kısmı ısıtıcılı olmalı. Optik okuma için gerek duyduğu asgari reaksiyon hacmi küçük olmalı. Cihaz gerekli program bilgilerini hafızasında tutabilmeli. Şebeke elektrik akımındaki dalgalanmaların zararlı etkilerinden korunmak için bir regülatörü olmalı. Çift ışık yollu cihaz olmalı. Dijital göstergeli ve ayarlarını otomatik yapmalı. Hafıza sistemi açık olmalı; test parametreleri kullanıcı tarafından değiştirilebilmeli. Bikromatik (çift dalga boylu) okuma yapabilmeli. Dalga boyu geçişleri kesintisiz olmalı; her bir nm dalga boyuna ayarlanabilmeli. Cihaz, non-lineer testleri çalışıp hesaplayabilmelidir.