M.Hlm EREN 04-98 3636 www.mhlmeren.cjb.net Enstrümantel Analz II Lab. 9.Deney Grubu DENEY RAPORU DENEY ADI Alev Fotometrs le Na + ve K + Tayn ( No lu deney) DENEY TARH 1 Kasım 003 uma AMAÇ Alev Fotometresnn Temel lkelernn ncelenmes ve Standart Katma Yntem le Verlen Br Örnektek Na + ve K + Dermnn Bulunması TEORK BLG Alev Fotometrs Byolojk sıvılarda en çok sodyum, potasyum, ltyum konsantrasyonlarının lçümlernde kullanılan br yntemdr. Flame Atomc Emsson Spectroscopy FAES veya Flame Emsson Spectroscopy FES dye adlandırılır. Temel lkes bazı metallern atomları sıcak alev yoluyla verlen ısı enerjsn absoblayarak uyarılırlar ve vu enerjy belrl dalga boylarında yaptıkları ııma le ger verrler ve temel hale dnerler. AAS nn ters br yntemdr. Alev fotometrsnde yonların reaksyonu yledr. A + + e - A 0, A 0 + Isı A *, A * A 0 + h Enerj sourarak ısısal yoldan enerj düzey geç Enerjs h olan fotonu yayarak temel hale ger dnü Alkal metaller br alev le uyarılmaya uygundur. Ltyum kırmızı br emsyon yayar. Dalga boyu 671 nm ye karılık gelr. Sodyum sarı br emsyon yayar. Dalga boyu 589 nm ye karılık gelr. Bu renkler ve dalga boyu her atom çn karakterstktr. Bundan k ynde faydalanılablr. 1- Emsyon frekansını lçerek atomun türünü belrleyeblrz. 1
- Emsyon ddetn lçerek o atomun ncelenen materyaldek konsantrasyonunu belrleyeblrz. Alevdek atomların %1-5 kadarı uyarılır. Bu mktar kanttasyon çn yeterldr. I = k [A + ] Alev fotometresnn genel eması Teknk açıdan numunenn aleve verlmes, (numune uygulanması) uygun alevn oluturulması ve emsyonun lçülmes gb basamaklar nemldr. Numune Uygulanması Alev fotometrs, atomun herhang br numunedek konsantrasyonunu lçmede kullanıldıından, numuney aleve veren sstemn, her zaman çn sabt br oranda vermes gerekmektedr. Aks takdrde salınan ıık le atom konsantrasyonu arasında drekt br lk kurulamaz. Normal alev fotometrsnde bu numune çzeltsn aleve pıskırtmak yoluyla gerçekletrlr. Çzücü alevn çnde anında buharlaır. Atomlar da nce daılımlı br gaz olarak kalırlar. k tür enjektr kullanılmaktadır. Her ksnde de numuney çeren kapler br borunun ucundan komprese edlm hava verlr. Hava kapler borudan küçük sıvı damlacıklarını emer aerosol oluturur. 1. loud hamber(toz Bulutu) sstemnde, spray, br expansyon(genleme) odacıına verlr. Bylelkle kan numune basıncı ve akı hızı azalmıtır. Büyük damlacıklar aerosolden ayrılarak çker ve de yava akan çok nce br spray ateleme sstemne aktarılır.. Drekt enjeksyon sstemnde spray hemen hemen drekt olarak alevepıskırtılır. Brnc sstemn derne gre avantajları; Çok nce ve yava akan spray alevn stabltesn bozmaz. Ayrıca operasyon sırasında sstem akustk ynden sesszdr. Dezavantajları; Aleve numunenn çok az br mktarı uygulanmı olur.(%10). Ayrıca enjeksyon le aleve numunenn ermes arasında geçen zaman der ssteme gre daha fazla olduundan numunenn uygulanıları arasında daha uzun zaman gerekmektedr.
Uygun Alevn Oluturulması Alev fotometrsnde alev son derece stabl olmalıdır. Zaman çnde alevn ısısı ya da yapısı deecek olursa numunenn verece emsyonda deecektr. Alev hızlı n çıkılar gstermemeldr. Alevn ısısı ncelenecek atomları uyarablecek kadar yüksek olmalıdır. Ne kadar yüksek olursa uyarılan atomların total atom sayısına oranı o kadar yüksek olacaktır. Ancak çok sıcak olursa uyarılma dereces çok fazla olur ve elektronlar tümüyle atomdan koparılıp yonzasyonla sonuçlanablr. Alev oluturmada genel olarak propan, bütan, asetlen ve hdrojen yakıtları kullanılır. Hdrojen yakıt olarak kullanıldıında oksdan oksjen derlernde havadır. Propan 195 çn, Bütan 1840 Na, L ve K çn, Asetlen 50 orta sıcaklıkta a ve emsyon analzlernn çou çn, Hdrojen 700 yüksek sıcaklık çndr. Alevden Emsyonun Ölçülmes Alev reaksyona gren gazların kompleks br karıımıdır. Bu gazlar sıcak olduundan numune olmadan da bell br ııma yaparlar. Buna background denr. Numune tarafından yayılan radyasyon bu background le çakıablr. Aleve at background u ve nceledmz atom dıındak atomlarca yayılan emsyonların elmne edlmes gerekmektedr. hazın monokromotrü ne kadar dar se elmnasyon lem o kadar verml olur. yonk olmayan materyaller yakıldıında dek dalga boylarında emsyon saptanır. Bu sürekl emsyondur ve br elemente balı tek dalga boyunda çzgsel emsyondur. Bu nedenle dı ortama balı sürekl emsyonu ortadan kaldırıp elementn kendne at çzgsel emsyon maksmumunu geçren monokromotr dealdr. Analz Yntem 1-Drekt Okuma Yntem Bazı esk modellerde sodyum ve potasyum standart çzeltler atomze edldkten sonra drekt olarak aleve verlrler. Daha sonra aynı eklde numune çzeltler seyreltlm olarak uygulanır. Bu yntemn bazı sakıncaları vardır. Hava ve gaz basıncındak haff oynamalar chazın okumasında dengeszlk yapablr. Aynı seyreltmeler çn ayrı okumalar gerekeblr. Ayrıca potasyuma at snyal numunes sodyum çerne balı olarak ddetleneblr. Bu olay karılıklı uyarılma yle gerçekleeblr. Uyarılan br sodyum atomu enerjsn potasyum atomuna transfer edeblr. Buna balı olarak daha çok potasyum atomu uyarılır ve ıık emsyonu artar. deal olarak standartlardak sodyum ve potasyum konsantrasyonları blnmeyen numunedekne yakın olmalıdır. 3
-ndrekt Okuma Yntem (Internal Standart) Bu yntemde tüm standart, kr ve numunelere et konsantrasyonlarda ltyum ve sezyum eklenr. Ltyum yüksek emsyon ddet gsterr, normalde byolojk sıvılarda mevcut deldr ve farklı dalga boyunda emsyon yapar. Alev Fotometres ncelenen elementn emsyonu le referans ltyum elementnn emsyonunu kıyaslamaktadır. Bu eklde emsyon oranlarının lçülmes atomzasyon hızlarını, alev stabltesn ve çzelt vskoztesne balı farklılıkları kompanse eder. Bu artlarda ltyum standart del referans element olarak fonksyon grmektedr. Ltyum seyreltme çzeltsnde potasyum ve sodyumun dek konsantrasyonlarda standart çzeltler hazırlanarak kalbrasyon erler çzlr ve yanıtın lneartes kontrol edlr. Ltyumun br baka fonksyonu karılıklı uyarılma olayının etklern mnumuma ndrerek br tür radyasyon tamponu grevn yapar. Sodyum ve potasyuma gre ltyum konsatrasyonu yüksek ayarlanmaktadır ve bylece sodyum atomlarının konsantrasyonu potasyum atomlarını etklememekte, sodyuma at radyasyonu absorblamaktadır. Standart Katma Yntem ve Alev Fotometrsnde Uygulanması Standart katma yntemnde analz edlecek türün farklı dermlerde standart çzeltler hazırlanır. Analz edlecek rnekten et hacmler alınarak rnek ve standart çzeltlere lave edlr.daha sonra dermler farklı standart çzeltlern ve rnen lçümü yapılır. Bu snyal absorbans veya emsyon olablr. Standart katma yntemnde rnek çzelts, sadece rnee at lçüm sonucunu verr. Standartlara at alınan lçüm se hem ncelenen rnee hem de lave edlen standarta at lçüm sonucunu vermektedr. Ölçümler le dermler arasında kalbrasyon graf çzldnde standart dermnn 0 olduu lçüm deer rnee at lçüm deerdr. Bu deer kalbrasyon grafnn denklemnde em deer ve ernn y eksenn kest nokta kullanılarak hesaplanablr. Standart katma yntemnde, standart çzeltlern dermler le lçümler arası kalbrasyon graf çzlerek hesaplama yapılablece gb, standart çzeltlere standardı blnen stok çzeltden lave edlen hacm le lçümler arası kalbrasyon graf çzlerek de hesaplama yapılablr. Ancak çıkan sonuç drekt olarak derm vermez. Bu sonuç hacmdr ve stoktan standart çzeltler lave edlen hacmlere benzer. Aralarında oranlama yapılarak veya formülle derme dnütürülür. Standart katma yntemnde snyal alındıktan sonra güvenlr ve doru sonuç çn hesaplamalar nemldr. Sonuca belrszlk deernn lave edlmes gerekr. 4
Analzlerde Doruluk ve Standart Katma Yntemnn Önem 4,5 4 3,5 3,5 1,5 1 0,5 Pkler Threshol d Gürültü 0 0 5 1 1 Kmyasal analzlerde alınan her snyalde bell br gürültü olur. Br lçümün mnumum tayn edleblr mktarı vardır. Okunablecek en küçük mktar kr snyallern standart sapmasının 3 katı olmak zorundadır. x _ = x+ 3Sk _ x xk = 3S k 3Sk x xk = m xk = = bas x + Lmt of Dedecton LOD veya belrtme alt sınırı olarak tanımlanan (b.a.s) deer chazın duyarlılıını gsterr. m m Snyal 3S k Lmt od Dedeceton LOD (Belrtme Alt Sınırı-b.a.s-) Derm Kr çzelt ncelenen A türü harç hepsn çeren çzeltdr. Yapılan lçümlere rnekte bulunan tüm maddeler arttırıcı veya azaltıcı etk yapacaı çn kr le çalıılarak bu etkler elmne edlr. Standart katma yntemnn en neml zell te bu zellktr. Çzelt ve standartların aynı ortamı çeryor olmasıdır. Bu nedenle analzlern doruluu yüksektr. Ayrıca Standart katma yntem le grm sonucu oluablecek yanılgılar mnumuma ndrlm olur. 5
Grmler Fzksel, kmyasal ve spektral olmak üzere üç kısımda ncelenr. Analzde yanlılıa neden olan faktrlern tamamı grm olarak tanımlanır. ncelenen elementn emsyon çzgs herhang br ıınımdan etklenrse spektral grm szkonusudur. Alev lçüm koullarını detren tüm etmenler le çzeltnn fzksel koullarını detren tüm etmenler fzksel grm olarak tanımlanır. Fzksel grmlerde tuzlardan kaynaklanan matrks grm nemldr. Alevde rnek çzeltsnn çzgen uçurulurken rnek damlacıklarından katılamı csmcklern oluması ve bu katılamı csmcklern bell br ıık yayımı yapmasıdır. Kmyasal grm sstemn serbest durumdak ntral atom konsantrsayonunu detren tüm reaksyonlardır. Kmyasal grm olarak yonzasyon grm de grülür. Bu spektrokmyasal tampon kullanılarak gderleblr. Alev temperatürü düürülerek de yonzasyon grm engelleneblr. Standart katma yntemnde standart ve rnek ortamları aynı olacaı çn yukarıda sayılan grmler neml lçüde engellenm olur. Kalbrasyon Graf ve Denklem Deerler Hesaplaması Ölçüm y = bx + a Ölçüm y = bx R = 1 R = 1 Mktar Mktar Kalbrasyon grafkler y = bx + a veya y = mx + c eklnde fade edlen doru denklemdr. Burada b em, a se ernn y eksenn kest noktayı gsterr. R se korelasyon katsayısıdır. Bu deerlern hesaplanması çn aaıdak yntemler kullanılablr. 1. Mcrosoft Excel Türkçe Programında =EM(y deerler;x deerler) =KESMENOKTASI(y deerler;x deerler) =RKARE(y deerler;x deerler) formüller le hesaplanablr. Komutlar programın Türkçe veya nglzce olması gb dle gre deeblr.. Grafk çzlerek grafk üzernde em ve kesme noktası hesaplanablr. 3. Fonksyonlu hesap maknes le bulunablr. 4. Aaıdak formüller kullanılarak matematksel lemle yapılablr. 6
b = [( x x)( y y) ] ( x x) R = [( x x)( y y) ] ( x x) ( y y) 1 a = y bx Analz Sonucunun Hesaplanması Derm hesaplamasındaemsyon & hacm grafnde,em b ve dorunun y eksenn kest a deer kullanılarak aaıdak 1.formülle hesaplanablr. 1.Formül : a =. b V s.formül: = A + s A s V ( V + Vs ) VA s 1.Formülü uzun uzun türetmek yerne aynı formül yle de elde edleblr.grafkte y = 0 çn a / b le bulunan x deer lave edlen standart hacmne benzeyen br deerdr. Bu deer standart derm le oranlanarak derme çevrlrse 10 ml rnektek derm bulunmu olur. s.v s =.V se = V s.( s /V ) Veya tek standart ve rnen snyal kullanılarak üsttek.formül le de hesaplanablr. Ancak standart çzeltnn fazla olması daha güvenlr sonuçlar çn nemldr. Doru Sonuç çn Belrszlk Katsayısı Derm hesaplamasında hang yoldan gdlrse gdlsn sonucun güvenlrlk ve doruluu çn belrszlk deernn lave edlmes gerekr. Bu da aaıdak formülle hesaplanablr. ) ( y y ) Belrszlk = Buradak y ) N deer grafk denklemnde x deerler yerne konularak bulunan y deerlerdr. N se lçüm sayısıdır. Güvenlr br sonuç çn belrszln 3 katı ernn y eksenn kest noktadak a derne lave edlerek emden x deer bulunur. Bulunan bu sonuç rnek çzeltnn dermn veya lave edlen standarta benzer hacm deern verr. Örnek çzeltnn derm hesaplandıktan sonra rnen derm de bulunablr. Snyal & Hacm le Snyal & Derm Kalbrasyon Farklılıı Standart katma yntemnde standartların derm le snyal (emsyon,absorbsyon, vb.) arasında kalbrasyon graf çzleblece gb, snyal le standartlara lave edlen stok hacm arasında da kalbrasyon graf çzlerek lçüm yapılablr. Ancak snyalhacm grafnde snyaldek küçük yanılgılar veya sapmalar dermde büyük farklanmalara neden olacaktır. Bu oran aaıdak formülle fade edleblr. 0,4343 T = TlogT 7
DENEYN YAPILII Her k grafkte de bulunan deer rnek çzeltye attr. Standartlara lave edlen rnee at deldr. Ayrıca snyal & derm grafnde bulunan deer rnek çzeltdek türün dermn verr. Snyal & hacm grafnde bulunan deer se standartlara lave edlen stok çzelt hacmne benzeyen br deerdr. Bu gerekl oranlama le derme dnütürülür. 1000 ppm lk Stok Na + çzeltsnden 50 ml 50 ppm ara stok hazırlanır. Analz yapılacak rnekten 10 ar ml alınarak 50 er ml lk rnek ve standart balon jojelerne lave edlr. Ara stoktan,4,6 ml alınarak standartlara lave edlr. Çzelt su le 50 ml ye seyreltlr. Bylece,4,6 ppm 50 er ml standart çzeltler hazırlanmı olur. 1 V 1 = V 50 ppm. X ml = ppm. 50 ml X = ml bulunur. Derler de 4 ve 6 ml olarak hesap edlr. Ölçüm çn gaz tüpü açılır. Gaz atelenerek yanması salanır. Alev reng mavye dnünceye kadar alevn boyu kısaltılır. Seyreltlen saf su le chaz sıfırlanır. Daha sonra standartlar ve rnek çn emsyon deer okunur. Standart Hacm (ml) 0 4 6 Standart Derm (ppm) 0 4 6 Emsyon 0,07 0,091 0,155 0, Emsyon & Derm Grafne Gre Hesaplama Normal Hesaplama: y = 0,0315x + 0,068 er denklemnden x = 0 çn y = 0,068 bulunur. Bu deer ernn emne blerek bu emsyona karılık gelen derm deern bulmu oluruz = 0,068/0,0315 =0,833595 ppm Bulunan bu sonuç 50 ml rnek çzeltye attr. Alınan 10 ml rnek çn bulursak 0,833595 ppm.50 ml =.10ml se = 4,167967 olur. Belrszlk lavel Hesaplama: Belrszlk deernn 3 katını y deerne lave edersek y = y kr + 3S kr se y = 0,68 + (3 x 0,0003873) = 0,079619 bulunur = 0,079619 /0,0315 =0,869733 ppm Bulunan bu sonuç 50 ml rnek çzeltye attr. Alınan 10 ml rnek çn bulursak 0,869733 ppm.50 ml =.10ml se = 4,3486617 ppm olur. Emsyon & Hacm Grafne Gre Hesaplama Normal Hesaplama: y = 0,0315x + 0,068 er denklemnden x = 0 çn y = 0,068 bulunur. 8
SONUÇ Bu deer ernn emne blerek bu emsyona karılık gelen hacm deern bulmu oluruz. Bu deer derm olarak standarta et olan rnek hacm deerdr. Bu hacm derme çevrz. V = 0,068/0,0315 =0,833595 ml Bunu derme çevrrsek; 0,833595 ml.50 ppm =.50 ml se = 0,833595 ppm olur. Bulunan bu sonuç 50 ml rnek çzeltye attr. Alınan 10 ml rnek çn bulursak 0,833595 ppm.50 ml =.10ml se = 4,167967 olur. Belrszlk lavel Hesaplama: Belrszlk deern y deerne lave edersek y = y kr + 3S kr se y = 0,68 + (3 x 0,0003873) = 0,079619 bulunur V = 0,079619 /0,0315 =0,869733 ml Bunu ppm e çevrsek 0,869733 ml.50 ppm =.50 ml se = 0,869733 ppm olur. Bulunan bu sonuç 50 ml rnek çzeltye attr. Alınan 10 ml rnek çn bulursak 0,869733 ppm.50 ml =.10ml se = 4,3486617 olur. Tüm hesaplamalar ve grafkler Ek tedr. Alev fotometrsnde analz sonucunun doruluuna etk eden grm (nterferans) olaylarını mnmze etmek çn standart katma metodunun etkl br metod olduu grülmütür. Deney sırasında tüm standartların ve rnen aynı alevde emsyonunun lçülmes en neml ayrıntılardan brdr. Alev stabltesnn lçüm üzerndek etksnn oldukça neml olduu gzlemlenmtr. Kalbrasyon graf çzmlernde hacm & emsyon yerne derm & emsyon graf çzlmes ve hesapların bu grafk üzernden yapılması daha doru sonuç çn enmldr. Her ne kadar burada yapılan deneyde R = 1 çıkması nedenyle derm hesaplamasına etks olmasada R deernn 1 den küçük olduu durumlarda grafkten bulunan hacm deerndek yanılgılar, derm hesaplamasında büyük hatalara neden olablr. Standart Katma Yntem le yapılan analzn sonucunu hesap etmek üzere Mcrosoft Excel de yazılan Standart Katma Programı www.mhlmeren.cjb.net adresnde Enstrümantel Analz konuları çnden ndreblr. Bu programa dermler, emsyonlar, standart derm, rnek hacm ve standart çzelt hacm grldnde anında sonucu gstermektedr. NOT: Standart Katma Programı hazırlanmasında ve kalbrasyon erlernn çzlerek belrszlk düzeltmel derm bulunmasında sadece 00 Bahar dnemnde Dr.Hasan ERTA tarafından verlen Kemometr ders notları ve blgler kullanılmıtır. 9