Atomik Absorbsiyon Spektroskopisi (AAS)
VIP VIP Üye
01. Giriş
Atomik absorbsiyon spektroskopisi, gaz halindeki ve temel enerji düzeyinde bulunan atomların, UV ve görünür bölgedeki ışığı absorblaması ilkesine dayanır. Işıma şiddetindeki azalma ortamda absorbsiyon yapan elementin derişimi ile doğru orantılıdır.
Herhangi bir uyarılmış enerji düzeyindeki atom sayısının (Ni), temel enerji düzeyindeki atom sayısına (No) oranı Boltzman eşitliği ile verilir.
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.
02. Atomik Absorpsiyon Spektrofotometreleri
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.
02.01. Işık Kaynakları
AAS’de kullanılan ışık kaynaklarından biri olan ve en fazla tercih edilen oyuk katot lambası düşük basınçta neon veya argon gibi asal bir gazla doldurulmuştur. Lamba silindir şeklindedir ve içerisinde anot ve katot bulunmaktadır. Katot analizi yapılacak olan elementten yapılmıştır. Anot ise tungten veya nikelden yapılmıştır. Anot ile katot arasına bir gerilim uygulanır ve lamba içerisindeki asal gazin iyonlaşması sağlanır. Ortamdaki iyon ve elektronlar katoda çarparak yüzeyden metal atomlarını kopararak uyarırlar. Uyarılmış enerji düzeyinde bulunan atom kararsızdır ve temel enerji düzeyine dönmek isteyecektir. Bu atom temel enerji düzeyine dönerken katot elementine özgü dalga boyunda ışıma yapacaktır. Yani hangi elementin analizi yapılacak ise o elemente ait oyuk katot lambası kullanılmalıdır.
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.
02.02. AtomlaştırıcılarAAS’nin temel çalışma prensibinden bahsederken gaz halindeki atomların ışığı absorplamasından bahsetmiştik. O halde çözeltimizi gaz halindeki atomlarına dönüştürecek bir atomlaştırıcıya ihtiyacımız var. AAS de alevli ve elektrotermal olmak üzere iki çeşit atomlaştırıcı kullanılmaktadır.
Alevli atomlaştırıcıda kullanılan alev, yanıcı ve yakıcı gazların belirli hacimlerde kullanılması ile elde edilir. Yanıcı ve yakıcı gazlar analizi yapılacak elementin atomlaşma sıcaklığına göre seçilmelidir.
03. Yöntemde Karşılaşılabilen Engellemeler
AAS yönteminde karşılaşılabilecek engellemeler, okunması gereken absorbanstan daha fazla veya daha düşük okumalar yapmamıza neden olmaktadır. Bu engellemeler;
03.01. İyonlaşma Engellemeleri
Atomlaştırıcıda, atomların bir kısmı uygulanan sıcaklık nedeniyle iyonlaşırlar. İyonlarla atomların spektral hatları aynı dalga boyunda olmadığı için okunması gereken absorbanstan daha küçük değer okunmasına neden olur. Bunu engellemek için örneğe ve standartlara iyonlaşma enerjisi küçük başka bir element eklenmelidir. Li, Na ve K bu amaç için kullanılabilinir.
03.02. Kimyasal Engellemeler
Atomlaştırıcıda olabilecek kimyasal tepkimeler sonucunda ortaya çıkabilir. Örneğin alevli atomlaştırıcıda oksijen analiz yapılacak elementle reaksiyona girerek kararlı bileşiklerini oluşturabilirler. Oluşan kararlı oksitler sonucunda atom derişimin azalması okunan absorbans değerinin de, okunması gerekenden az olmasına neden olur. Bunu engellemek için kullanılan hava-asetilen yerine N2O-asetilen alevi kullanılabilir. Diğer bir çözüm ise spektroskopik tamponların kullanılmasıdır. Engellemeye neden olan madde bu tamponla reaksiyona girerek hataya neden olunmasını engeller
03.03. Spektral Engellemeler
Örnekte bulunan iki elementin ayni dalga boyunda ışığı absorblamasi sonucunda ortaya çıkan bir engelleme seklidir. Böylelikle dedektöre ulaşması gerekenden daha az ışık ulaşır. Bu da daha büyük bir absorbans değeri okunmasına neden olur. Örneğin Ge ve Ca ikisi de 422.7 nm de, Tb ve Mg 285.2 nm de, Cr ve Os 290 nm de absorbans yapar. Bunu engellemek için analizi yapılacak elementin öbür elementle çakışmayan bir dalga boyu kullanılır.
03.04. Zemin Engellemeleri
Örnek çözeltisinde bulunan molekül veya radikallerin ışığı absorplaması sonucunda ortaya çıkar. Bu engellemeyi ortadan kaldırmak için oyuk katot lambası ile birlikte sürekli ışık kaynağı yayan döteryum veya halojen lambası kullanılır. Böylece sürekli ışık kaynağından gelen ışığı ortamdaki molekül veya radikaller tarafından absorplanır. Diğer bir yöntem ise Zeeman etkisi adi verilen bu olayda kuvvetli bir manyetik alan oluşturularak atomun elektronik enerji düzeylerinin yarılaması sağlanır. Böylece elektronik geçiş için bir sürü absorpsiyon hattı oluşur ve bu hatların dalga boyları birbirinden 0.01 nm kadar farklıdır.
04. Uygulamalar
AAS eser miktardaki metallerin (ppm, ppb düzeyde) nicel 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 dalga boyunda okuma yapılarak standart eğrisi hazırlanır. Bu konu ile ilgili dayalı bilgi AAS ile mineral tayini yönteminde verilmektedir.
Arsenik, antimon, kalay, selenyum, bizmut ve kursun gibi uçucu elementlerin analizi için cihaza hidrür sitemi denilen özel bir sistem yerleştirilir. Bu sistemde elementler gaz halindeki hidrürlerine dönüştürülürler. Hidrür oluşturabilmek için çinko metali ile hidroklorik asit tepkimesi sonucunda elde edilen hidrojen, analizi yapılacak element ile tepkimeye sokulur.
Cıva ise oda sıcaklığında buharlasan bir element olduğu için cıva analizinde ise soğuk buhar yöntemi adi verilen bir sistemde atomlaştırılır. Çözeltiye indirgeyici bir reaktif (Sn2+) eklenerek cıva iyonu cıva metaline indirgenir. Çözelti içerisinden sabit hizla hava geçirilerek cıva buharı kuartz camdan yapılmış absorpsiyon hücresine gönderilir.
AAS ile tayin edilen elementlerin absorpsiyon yaptıkları dalga boyları
Atomik absorbsiyon spektroskopisi, gaz halindeki ve temel enerji düzeyinde bulunan atomların, UV ve görünür bölgedeki ışığı absorblaması ilkesine dayanır. Işıma şiddetindeki azalma ortamda absorbsiyon yapan elementin derişimi ile doğru orantılıdır.
Sponsorlu Bağlantılar
Ni / No = Pi / Po e _Ei/kT
- Pi= Uyarılmış enerji düzeyinin istatiksel ağırlıkları
- P0= Temel enerji düzeyinin istatiksel ağırlıkları
- k= Boltzman sabiti
- Ei= Uyarılma enerjisi
- T= Mutlak sıcaklık
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.
02. Atomik Absorpsiyon Spektrofotometreleri
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.
02.01. Işık Kaynakları
AAS’de kullanılan ışık kaynaklarından biri olan ve en fazla tercih edilen oyuk katot lambası düşük basınçta neon veya argon gibi asal bir gazla doldurulmuştur. Lamba silindir şeklindedir ve içerisinde anot ve katot bulunmaktadır. Katot analizi yapılacak olan elementten yapılmıştır. Anot ise tungten veya nikelden yapılmıştır. Anot ile katot arasına bir gerilim uygulanır ve lamba içerisindeki asal gazin iyonlaşması sağlanır. Ortamdaki iyon ve elektronlar katoda çarparak yüzeyden metal atomlarını kopararak uyarırlar. Uyarılmış enerji düzeyinde bulunan atom kararsızdır ve temel enerji düzeyine dönmek isteyecektir. Bu atom temel enerji düzeyine dönerken katot elementine özgü dalga boyunda ışıma yapacaktır. Yani hangi elementin analizi yapılacak ise o elemente ait oyuk katot lambası kullanılmalıdır.
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.
02.02. AtomlaştırıcılarAAS’nin temel çalışma prensibinden bahsederken gaz halindeki atomların ışığı absorplamasından bahsetmiştik. O halde çözeltimizi gaz halindeki atomlarına dönüştürecek bir atomlaştırıcıya ihtiyacımız var. AAS de alevli ve elektrotermal olmak üzere iki çeşit atomlaştırıcı kullanılmaktadır.
Alevli atomlaştırıcıda kullanılan alev, yanıcı ve yakıcı gazların belirli hacimlerde kullanılması ile elde edilir. Yanıcı ve yakıcı gazlar analizi yapılacak elementin atomlaşma sıcaklığına göre seçilmelidir.
Yanıcı Gaz - Yakıcı Gaz - Sıcaklık ˚C
- Doğal gaz – Hava – 1800
- Propan – Hava – 1900
- Hidrojen – Hava – 2000
- Asetilen – Hava – 2300
- Asetilen – Nitrozoksit (N2O) – 2800
- Asetilen – Oksijen – 3100
03. Yöntemde Karşılaşılabilen Engellemeler
AAS yönteminde karşılaşılabilecek engellemeler, okunması gereken absorbanstan daha fazla veya daha düşük okumalar yapmamıza neden olmaktadır. Bu engellemeler;
03.01. İyonlaşma Engellemeleri
Atomlaştırıcıda, atomların bir kısmı uygulanan sıcaklık nedeniyle iyonlaşırlar. İyonlarla atomların spektral hatları aynı dalga boyunda olmadığı için okunması gereken absorbanstan daha küçük değer okunmasına neden olur. Bunu engellemek için örneğe ve standartlara iyonlaşma enerjisi küçük başka bir element eklenmelidir. Li, Na ve K bu amaç için kullanılabilinir.
03.02. Kimyasal Engellemeler
Atomlaştırıcıda olabilecek kimyasal tepkimeler sonucunda ortaya çıkabilir. Örneğin alevli atomlaştırıcıda oksijen analiz yapılacak elementle reaksiyona girerek kararlı bileşiklerini oluşturabilirler. Oluşan kararlı oksitler sonucunda atom derişimin azalması okunan absorbans değerinin de, okunması gerekenden az olmasına neden olur. Bunu engellemek için kullanılan hava-asetilen yerine N2O-asetilen alevi kullanılabilir. Diğer bir çözüm ise spektroskopik tamponların kullanılmasıdır. Engellemeye neden olan madde bu tamponla reaksiyona girerek hataya neden olunmasını engeller
03.03. Spektral Engellemeler
Örnekte bulunan iki elementin ayni dalga boyunda ışığı absorblamasi sonucunda ortaya çıkan bir engelleme seklidir. Böylelikle dedektöre ulaşması gerekenden daha az ışık ulaşır. Bu da daha büyük bir absorbans değeri okunmasına neden olur. Örneğin Ge ve Ca ikisi de 422.7 nm de, Tb ve Mg 285.2 nm de, Cr ve Os 290 nm de absorbans yapar. Bunu engellemek için analizi yapılacak elementin öbür elementle çakışmayan bir dalga boyu kullanılır.
03.04. Zemin Engellemeleri
Örnek çözeltisinde bulunan molekül veya radikallerin ışığı absorplaması sonucunda ortaya çıkar. Bu engellemeyi ortadan kaldırmak için oyuk katot lambası ile birlikte sürekli ışık kaynağı yayan döteryum veya halojen lambası kullanılır. Böylece sürekli ışık kaynağından gelen ışığı ortamdaki molekül veya radikaller tarafından absorplanır. Diğer bir yöntem ise Zeeman etkisi adi verilen bu olayda kuvvetli bir manyetik alan oluşturularak atomun elektronik enerji düzeylerinin yarılaması sağlanır. Böylece elektronik geçiş için bir sürü absorpsiyon hattı oluşur ve bu hatların dalga boyları birbirinden 0.01 nm kadar farklıdır.
04. Uygulamalar
AAS eser miktardaki metallerin (ppm, ppb düzeyde) nicel 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 dalga boyunda okuma yapılarak standart eğrisi hazırlanır. Bu konu ile ilgili dayalı bilgi AAS ile mineral tayini yönteminde verilmektedir.
Arsenik, antimon, kalay, selenyum, bizmut ve kursun gibi uçucu elementlerin analizi için cihaza hidrür sitemi denilen özel bir sistem yerleştirilir. Bu sistemde elementler gaz halindeki hidrürlerine dönüştürülürler. Hidrür oluşturabilmek için çinko metali ile hidroklorik asit tepkimesi sonucunda elde edilen hidrojen, analizi yapılacak element ile tepkimeye sokulur.
Cıva ise oda sıcaklığında buharlasan bir element olduğu için cıva analizinde ise soğuk buhar yöntemi adi verilen bir sistemde atomlaştırılır. Çözeltiye indirgeyici bir reaktif (Sn2+) eklenerek cıva iyonu cıva metaline indirgenir. Çözelti içerisinden sabit hizla hava geçirilerek cıva buharı kuartz camdan yapılmış absorpsiyon hücresine gönderilir.
AAS ile tayin edilen elementlerin absorpsiyon yaptıkları dalga boyları
- Li - 670.8
- Co - 240.7
- Na - 589
- Rh - 343.5
- K - 766.5
- Ir - 264.0
- Rb - 780.0
- Ni - 232.0
- Cs - 852.1
- Pd - 244.8
- Be - 234.9
- Pt - 265.9
- Mg - 285.2
- Cu - 324.8
- Ca - 422.7
- Ag - 328.1
- Sr - 460.7
- Au - 242.8
- Ba - 553.6
- Zn - 213.9
- Sc - 391.2
- Cd - 228.8
- Y - 407.7
- Hg - 185.0
- La - 392.8
- B - 249.7
- Ti - 364.3
- Al - 309.3
- Zr - 360.1
- Ga - 287.4
- Hf - 307.2
- In - 303.9
- V - 318.4
- Tl - 377.6
- Nb - 405.9
- Si - 251.6
- Ta - 271.5
- Ge - 265.2
- Cr - 357.9
- Sn - 286.3 / 224.6
- Mo - 313.3
- Pb - 217.0 / 283.3
- W - 400.8
- As - 193.7
- Mn - 279.5
- Sb - 217.6
- Re - 316.0
- Bi - 223.1
- Fe - 248.3
- Se - 196.0
- Ru - 349.9
- Te - 214.3
- Pr - 495.1
- Tb - 432.6
- Nd - 463.4
- Dy - 421.2
- U - 351.4
- Ho - 410.3
- Sm - 429.7
- Er - 400.8
- Eu - 459.4
- Tm - 410.6
- Gd - 368.4
Alıntıdır.
Tanrı varsa eğer, ruhumu kutsasın... Ruhum varsa eğer!
