Atomik Absorpsiyon Spektroskopi

Atomik Absorpsiyon
Spektrofotometresi
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.
Çalışma İlkesi:
• Atomik absorpsiyon spektroskopisinde metallerin çoğu ile az sayıda
ametal analiz edilir. Atomik absorpsiyon spektroskopisinde element
elementel hale dönüştürüldükten sonra buharlaştırılır ve kaynaktan
gelen ışın demetine maruz bırakılır, ışın kaynağından gelen ışınları
absorplar.
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.
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.
Çalışma İlkesi:
• Işığı absorplayan atomlarda temel seviyedeki elektronlar, kararsız
uyarılmış enerji düzeylerine geçerler ve absorpsiyon miktarı, temel
düzeydeki atom sayısına bağlıdır.
Cihazın Bölümleri:
• 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.
Alevli Atomik Absorpsiyon spektrofotometresi
Alevli Atomik Absorpsiyon spektrofotometresi
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
Oyuk Katot Lambası
• 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 (100-400 V) uygulanır ve lamba içerisindeki asal gazin
iyonlaşması sağlanır.
Oyuklu Katot Lambası
• 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.
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.
Sürekli Radyasyon Kaynağı Ksenon Lamba
Numune Verme
Numune sisleştiriciler
Hidrür oluşturma
• As, Sb, Sn, Se, Bi ve Pb gibi elementlerin hidrürlerini oluşturarak analiz
etmek gözlenebilme sınırını 10 kattan daha çok azaltır. Bu element
çözeltilerine asidik ortamda NaBH4 ilavesiyle uçucu hidrürlerine
dönüştürülür. Ve bu şekilde Atomlaştırıcıya gönderilir.
• 3BH4- +3H+ + 4H3AsO3  3H3BO3+ 4AsH3+3 H2O
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 Sn+2 eklenerek cıva iyonları metalik hale indirgenir.
Civa gaz akımıyla absorpsiyon hücresine gönderilir.
Cıvanın Buhar Basıncı
P (Pa)
at T (K)
1
315
10
350
100
393
1k
449
10 k
523
100 k
629
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.
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
Alevin Yapısı
Alevle Atomlaştırma
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.
Elektrotermal atomlaştırıcı
• Elektrotermal
atomlaştırıcı • 350-1200 °C, 20-45 s de ısıtılarak
olarak yandaki grafit fırın adı
organik maddeler uzaklaştırılır.
verilen 2-3 cm uzunluğunda 1
cm iç çapındaki tüp kullanılır. Bu • 2000-3000 °C, 3-10 s de ısıtılarak
atomlaştırılır.
tüpün her iki yanına bağlanmış
elektrik akımı ile ısıtma yapılır.
• Elektrotermal
atomlaştırıcılar
düşük miktardaki numunelerde
• Burada numune çözeltisi(50L)
bile
yüksek
gözlenebilme
20-45s 110 °C de kurutma
sınırlarına sahiptir. Bu yüzden
yapılarak suyu uzaklaştırılır.
Alevli Atomlaştırıcılara göre
tercih edilir.
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
AAS ile tayin edilen elementlerin absorpsiyon yaptıkları
dalga boyları
• 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
AAS ile tayin edilen elementlerin absorpsiyon yaptıkları
dalga boyları
• 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
AAS ile tayin edilen elementlerin absorpsiyon yaptıkları
dalga boyları
• 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