Spektroskopi. Madde ile ışın arasındaki etkileşmeyi inceleyen bilim dalıdır.

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Spektroskopi. Madde ile ışın arasındaki etkileşmeyi inceleyen bilim dalıdır."

Basak Ateş
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Spektroskopi Madde ile ışın arasındaki etkileşmeyi inceleyen bilim dalıdır. Bu yöntemde bir örnekteki atom, molekül veya iyonların, bir enerji düzeyinden diğerine geçişleri sırasında absorplanan veya yayılan elektromanyetik ışıma ölçülür ve yorumlanır. 1/55

2 Işın n veya elektromanyetik dalga uzayda çok büyük k hızla h hareket eden bir enerji şeklidir. Işının, n, * ısı * ışık * ışınım * radyo dalgaları * X ışınlar nları vb birçok şekli olup gözle g görülen g kısmk smına IŞIKIK denir. 2/55

3 Elektromanyetik dalga; * elektrik alan vektörü (E) * manyetik alan vektörü (H) 3/55

4 Işının elektriksel alanı ile maddenin bağ elektronları etkileşir. Bundan dolayı ışın sadece elektrik vektörü olarak da gösterilir. 4/55

5 Işının, n, * Dalga karakteri * Tanecik karakteri 5/55

6 Işının n Dalga Özellikleri Dalga boyu (λ; cm, nm) Frekans (υ;1 / sn, Hertz ) Periyot (τ; sn) Hız (c; 3 x cm / sn) Dalga sayısı (υ;1 / λ, cm -1 ) 6/55

7 Işının Tanecik Özellikleri Bir fotonun enerjisi; E = hυ = h c / λ Plank sabiti (h) = 6.63x10-27 erg.sn h = j.sn E = h c / λ E α 1/ λ 7/55

8 Işın - Madde Etkileşmesi Işının geçmesi - kırılması Işının yansıması Işının dağılması Işının saçılması Işının absorpsiyonu ve emisyonu, I 0 : Giren ışın şiddeti, I: Çıkan ışın şiddeti, I a : Absorplanan ışın şiddeti, I d : Dağılan ışın şiddeti, I y : Yansıyan ışın şiddeti. 8/55

0 : Giren ışın şiddeti, I: Çıkan ışın şiddeti, I a : Absorplanan ışın

9 Işığın Geçmesi - Kırılması Işın saydam maddelerden geçer. Bu geçme sırasında hızında değişme olur. Işın maddenin bağ elektronları tarafından tutulur ve tekrar salınır.işının frekansı değişmez hızı değişir. 9/55

Işın maddenin bağ elektronları tarafından tutulur ve

10 α 1 n 1 n 2 V 1 sin α 1 n = = V 2 sin α 2 n 1 α 2 (Snell Kanunu) 10/55

11 Işığın Yansımas ması Iy (n 2 -n 1 ) = I o (n 2 + n 1 ) 2 1. Gelen ışığın normalle yaptığı açı 2. Kırılma indisleri arasındaki fark 11/55

12 Işığın n Dağı ğılması Bir madenin kırma indisi, içinden geçen ışının dalga boyu veya frekansına göre değişir. Buna dispersiyon denir. 12/55

13 Işığın n Saçılmas lması Işın n bir ortamda bulunan partiküllere çarparak yön n değiştirebilir. Gelen ışığın n dalga boyu ile madde içindeki i indeki tanecik çapı önemlidir. Tanecik çapı < gelen ışığın dalga boyu çok az kısmı dağı ğılır (Rayleigh saçılmas lması) Tanecik çapı kolloidal büyüklüğe e gelip, ışın saçılmas lması gözle görülebilir g çok saçılma olur (Tyndall olayı) 13/55

Tanecik çapı < gelen ışığın dalga boyu çok az kısmı dağı ğılır (Rayleigh saçılmas lması)

14 Işığın Absorpsiyonu *Absorpsiyon * Elektronik Geçiş 14/55

15 Bir maddenin, temel haliyle uyarılm lmış halleri arasındaki enerji farkları diğer maddelerden farklı olduğundan undan her maddenin kendine özgü bir absorbsiyon spektrumu vardır. r. Spektrum,, dalga boyuna karşı şılık absorpsiyonun ölçülmesidir. 15/55

maddenin kendine özgü bir absorbsiyon spektrumu vardır. r.

16 Spektrumlar; 1. Atomik absorpsiyon spektrumları 2. Moleküler ler absorpsiyon spektrumları E = Ee + Et + Ed Ee = Elektronik enerji seviyesi Et = Titreşim im enerji seviyesi Ed = Dönme D enerji seviyesi 16/55

+ Ed Ee = Elektronik enerji seviyesi Et = Titreşim

17 17/55

18 18/55

19 Absorpsiyon Kanunları (monokromatik ışın) Io = Ia + Iy + Id + I 19/55

20 Absorpsiyon Kanunları (monokromatik ışın) Lambert Kanunu (ışın şiddeti - çözelti derinliği) i) Beer Kanunu (ışın şiddeti - çözeltinin derişimi) imi) 20/55

21 Lambert Beer Kanunu (ışın şiddeti - çözelti derinliği i ve çözeltinin derişimi) imi) log (I o / I) I = Σ.b.c c = A Σ : molar absorptivite katsayısı (L/mol mol.cm) a : absorptivite katsayısı b : ışık k yolu c : çözeltinin derişim imi T = I / I o A = - log T (T = Geçirgenlik) 21/55

22 Absorpsiyon Kanunları (monokromatik ışın) Io = Ia + Iy + Id + I 22/55

23 Kör Çözeltisi Distile Su Parasetamol Distile Su Metanol % 5 NaCl Parasetamol Metanol % 5 NaCl 23/55

24 Absorpsiyon Spektrofotometresi Işık Kaynağı Dalga Boyu Seçici Numune Kabı Dedektör Yazıcı 24/55

25 UV-GB Spektroskopisi Görünür bölgede cam küvet, UV bölgede kuartz küvet kullanılır. 25/55

26 UV - GB Spektroskopisi Uygulamaları 1. Nitel Analiz 2. Nicel Analiz 3. Fotometrik Titrasyonlar 4. Molekül l AğıA ğırlığı Tayini 5. Asit - Baz Denge Sabitlerinin Bulunması 6. Kompleks Formüllerinin ve Kompleks Oluşum um Sabitlerinin Bulunması 26/55

27 Nitel Analiz A λ 1 λ 2 λ 27/55

28 28/55

29 Nicel Analiz Tayini yapılacak maddenin spektrumu λmax Absorptivite katsayısı (her madde için i in ve dalga boyuna göre g değişen en sabit) Beer eğrisi çizilir A tan α = Σ b = A /C Cx C 29/55

30 Beer Eğrisi Derişim (M) Absorbans S S S S A 1 0,75 0,5 0,25 0 Derişime karşı A grafiği y = 2,11x + 0,01 R 2 = 0,9979 C = 0.26 M 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Derişim (M) Σ = 2.11 M -1 cm -1 A n = 0.55 A = Σ.b.C C = 0.26 M 30/55

31 A A A λ 2 λ 31/55

32 Karışı ışımların n Analizi A K A B λ 1 λ 2 C (λ 1 ) A T = ε A b C A + ε B b C B (λ 2 ) A T = ε A b C A + ε B b C B 32/55

33 Spektrofotometrik Titrasyonlar Eşdeğerlik erlik noktasını bulmak için i in kullanılır. Asit-baz Kompleksometrik Çöktürme İndirgenme-yükseltgenme Numunenin, titrantın yada ürünün absorpsiyon yaptığı dalga boyu seçilir. Titrasyon grafiğinin inin şekli, ölçümlerin yapıld ldığı dalga boyunda çözeltide bulunan türlerin t hangisinin ışığı absorpladığı ığına bağlıdır. 33/55

34 R(reaktant reaktant) ) + T(titrant titrant) ) = Ü(ürün) A ε ürün > 0 A ε reaktant > 0 ml titrant ml titrant A ε titrant > 0 A ε titrant = ε reaktant > 0 ml titrant ml titrant 34/55

35 Fotometrik titrasyonla ikili karışı ışımlar da tayin edilebilir. A Cu + EDTA Cu(EDTA) Bi + EDTA Bi(EDTA) K Bi > K Cu 1. E.N. 2. E.N. ml titrant 35/55

36 Kompleks Formüllerinin Bulunması Kompleks (Koordinasyon bileşiği) i) Merkez atom (çekirdek( atom) Ligand K ol M + L ML K boz 36/55

37 Kompleks Formüllerinin Bulunması 1. Mol Oranı Yöntemi 2. Sürekli S Değişme Yöntemi Y (Job( Yöntemi) 3. Eğim E Oranı Yöntemi 37/55

38 Mol Oranı Yöntemi Metalin spektrumu Ligandın spektrumu ML kompleksinin spektrumu λ max L / M = 1,2, çözeltiler hazırlanır ve absorbanslar ölçülür. ML 3 A ML L / M 38/55

39 Job Yöntemi Ligand derişimi imi (C( L ) ile metal iyonu derişiminin iminin (C M ) toplamının n sabit tutulup bunların n yalnız z oranlarının değiştirildi tirildiği i kompleks çözeltiler hazırlan rlanır r ve absorpsiyonları ölçülür. Mol kesrine karşı absorbanslar grafiğe e geçirilir. A 0.5 = n m /(n m + n L ) X m ya da X L 39/55

40 Eğim Oranı Yöntemi Oluşan kompleks zayıf ve bir tane olduğunda uygulanır. xm + yl M x L y λ max 1. L / M oranı büyük tutulur ve C M nin hepsi komplekse dönüştürülür. Absorbansı ölçülür. 2. M / L oranı büyük tutulur ve C L nin hepsi komplekse dönüştürülür. Absorbansı ölçülür. [M x L y ]= C M / x A = a b [M x L y ] = a b C M / x [M x L y ]= C L / y A = a b [M x L y ] = a b C L / y y / x oranı bulunur. 40/55

41 TÜREV SPEKTROSKOPİSİ Orijinal spektrum veya 0. derece spektrum A= f(λ) fonksiyonudur. Bir fonksiyonu gösteren eğrinin herhangi bir noktasındaki teğetin eğimi, fonksiyonun bu noktadaki türevidir. Bu fonksiyonun her noktasındaki türevi (da/dλ) hesaplanabilir. Eğer bu türev değerleri grafiğe geçirilecek olursa türev spektrumu elde edilir ve 1 den n e kadar derece de olabilir. 41/55

42 1. derece türev spektrumunda pik dönümlerinde λ nın bir birim değişimine karşılık A sıfır değişim göstereceğinden bu noktadaki teğetin eğimi sıfır olur yani apsise paralel olur. Sonuçta türev eğrisi sıfırdan geçer ve apsisi keser. 42/55

43 Absorbans Absorbans 1.derece türev 2.derece türev 3.derece türev 4.derece türev Türev spektrokopisi Absorbsiyon spektrumun matematiksel işlemlerle (da/dλ) türevinin alınmasıdır 43/55

44 TÜREV SPEKTROSKOPİSİ AVANTAJLARI Türev çalışması orijinal spektrumun eğimleri hakkında bilgi verir ve bunun omuz noktaları ile dönüm noktalarının daha belirgin hale gelmesine neden olur.böylece bir bileşik daha kolay ve kesin olarak tanınabilir. 44/55

45 Çoğunlukla orjinal spektrumda elde edilen eğriler bir çok pikin üst üste gelmesi ile meydana gelmiştir.türev alma ile bu absorpsiyon eğrileri daha şekle girer ve böylece birarada bulunan piklerin tek tek görülmesi sağlanır. Bulanık çözeltiler ile çalışılabilir. Karışımlarda ayırma işlemine gerek kalmadan tek tek miktar tayinleri yapılabilir. Reaksiyon ortamından kaynaklanan gürültü piklerinin yok edilmesini sağlar. 45/55

46 Dezavantajları Kullanımı kolay fakat pahalı cihaz Çok sayıda uydu pikleri görülebilir. 46/55

47 ATOMİK K ABSORPSİYON SPEKTROFOTOMETRESİ Bir elementin gaz halindeki serbest atomları tarafından o elementle ilgili karakteristik dalga boyundaki ışının absorplanan miktarının ölçülmesi ilkesine dayanan bir yöntemdir. 47/55

48 -Atomik Absorpsiyon Spektrometresinin şematik görünümü- 48/55

49 Işık Kaynağı Atomik absorpsiyon spektrometrelerinde en çok kullanılan ışık kaynakları oyuk katot lambalarıdır (OKL). Anot Kuvartz Pencere Ar Katot İnert Gaz 49/55

50 Atomlaştırıcı 1. Alevli Atomlaştırıcılar, 2. Alevsiz (Elektrotermal) Atomlaştırıcılar 3. Diğer Atomlaştırma Teknikleri. 50/55

51 Alevde Meydana Gelen Olaylar a) Aerosol oluşumu [MeCl 2 (s)], b) Çözünün buharlaşarak numunenin kuruması c) Kurumuş numunedeki tuzların gaz moleküllerine dönüşümü [MeCl 2 (s)] [MeCl 2 (k)], [MeCl 2 (k)] [MeCl 2 (g)], d) Gaz halindeki tuz moleküllerinin serbest element atomlarını vermesi [MeCl 2 (g)], (g) Me (g) + 2Cl e) Atomların bir kısmının uyarılma sıcaklığına kadar ısınması [Me Me*], f) Atomların birkısmının iyonlaşması [Me Me e], g) Uyarılmış atomların temel hale dönmesi [Me* Me + h ν], 51/55

52 Girişimler Sürekli ışık kaynağı Zeeman geri zemin düzelticiler 52/55

53 Distile su Numune Standart Ekleme Derişime Karşı A Grafiği Distile su A Distile su 0,6 Distile su 3 ml 2 ml Standart 0,4 Standart 1 ml y = 0,97x + 0,156 0,2 Standart R 2 = 0,9988 Numune Numune Numune 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 4 ml Standart Numune A = 0.15 A = 0.26 A = 0.37 A = 0.45 A = 0.54 Derişim (M) C = 0 M C = 0.1 M C = 0.2 M C = 0.3 M C = 0.4 M C N = 0,156 / 0,97 = 0.16 M 53/55

Benzer belgeler

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ Spektroskopiye Giriş Yrd. Doç. Dr. Gökçe MEREY SPEKTROSKOPİ Işın-madde etkileşmesini inceleyen bilim dalına spektroskopi denir. Spektroskopi, Bir örnekteki atom, molekül veya iyonların