UV-Görünür Bölge

Konu Anlatımı

UV-Görünür Bölge Spektrofotometrisi

Ultraviyole ve görünür ışık bölgesini kapsayan spektrofotometri, bir çözeltideki maddenin ışığı ne kadar soğurduğunu ölçerek derişimini belirler. Boya üretiminde pigment oranı, proses suyunda organik madde miktarı, temizlik ürünlerinde katkı seviyesi ve ürün saflığı kontrolleri bu yönteme dayanır. On birinci sınıf düzeyinde beklenen, cihazı yalnızca çalıştırmak değil; ölçümün hangi fiziksel temele dayandığını, hangi parametrelerin kontrol edildiğini ve sonucun hangi koşulda geçerli olduğunu açıklayabilme becerisidir.

1. Bölge, Elektron Geçişleri ve Kromofor

Elektromanyetik spektrumda UV bölge 200-400 nm, görünür bölge 400-780 nm aralığını kapsar. Bir molekülün ışık soğurması, elektronun düşük enerjili bir düzelden yüksek enerjili bir düzeye geçmesiyle gerçekleşir; bu geçiş için gereken enerji, band aralığındaki foton enerjisine denk gelmelidir. Işık soğuran molekül yapısındaki bölüme kromofor adı verilir; çift bağ, üçlü bağ, aromatik halka ve karbonil grubu yaygın kromoforlardır. Elektron geçişleri çoğunlukla pi- pi yıldız (bağlı elektronun antibağlı düzeye çıkması) ve n - pi yıldız (bağlı olmayan elektronun çıkması) biçimindedir.

200 nm altında oksijen, karbondioksit ve çoğu çözücü ışığı soğurduğu için bu alt sınıra kesim dalga boyu denir ve ölçüm kesim dalga boyunun üzerinde yapılır. Her maddenin soğurmanın en güçlü olduğu kendine özgü bir dalga boyu bulunur; buna lambda-maks denir. Ölçümün lambda-maks değerinde yapılmasının iki gerekçesi vardır: duyarlılık en yüksek düzeye çıkar ve küçük dalga boyu kaymalarından kaynaklanan hata en aza iner.

2. Cihaz Düzeni ve Bileşenleri

Çift demetli bir UV-görünür spektrofotometrede ışık yolu şu sırayla ilerler: ışık kaynağı, monokromatör, numune ve referans hüvetleri, fotodetektör, sinyal işleyici. Çift demet düzende numune ile referans aynı anda okunduğundan kaynak ışık şiddeti dalgalanmaları ve çözücü emilimi kendiliğinden düzeltilir; bu da tekrarlanabilirliği artırır.

3. Beer-Lambert Yasası ve Doğrusal Aralık

A = epsilon · b · c biçimindeki Beer-Lambert yasası, absorbansın ışık yolunun içindeki derişimle doğrusal olarak arttığını söyler. Burada epsilon molar absorblanma katsayısıdır (birim: L · mol eksi bir · cm eksi bir), b hüvet içindeki ışık yolu (cm), c derişimdir (mol/L). Absorbans ayrıca transmittansın negatif onluk logaritması olarak tanımlanır: A = - log T; T, geçen ışığın gelen ışığa oranıdır ve 0 ile 1 arasında kesir olarak yazılır.

Yasa yalnızca belirli bir derişim aralığında doğrusaldır. Derişim çok yükseldiğinde ışım eksiltimi, floresan ve kimyasal denge değişimi gibi etkiler eğimi bozar; bu yüzden pratikte doğrusallık en az beş noktalı bir kalibrasyon eğrisiyle kontrol edilir. Sıfır dâhil standartların absorbansları çizilir, en küçük kareler yöntemiyle eğim ve arakesme bulunur ve katsayının karesi 0,995 üzerinde aranır. Numune ölçümü daima blank ile sıfırlandıktan sonra alınır; ölçülen absorbans standart aralığının dışındaysa numune seyreltilerek yeniden okunur.

4. Adım Adım Ölçüm Yöntemi

1. Cihaz 15-20 dakika önceden açılır, kaynak lambası kararır ve dalga boyu lambda-maks değerine ayarlanır.
2. Hüvet temizlenir; numune demetine numune, referans demetine yalnız çözücü konulur, optik yüzey mat taraftan tutulur.
3. Blank ile sıfırlama yapılır, absorbans okunur ve numune kodu, dalga boyu ve tarih birlikte kayda geçirilir.
4. İlk okuma aralığın dışındaysa numune seyreltilir; seyreltme faktörü hesaba katılarak asıl derişim bulunur.
5. Gün sonunda hüvetler seyreltici ile yıkanır, cihaz bekleme konumuna alınır ve kalibrasyon etiketi geçerliliği kontrol edilir.

5. Atölye Uygulaması ve Sınav Odaklı Özet

Atölye ve staj süreçlerinde bu yöntem boya üretiminde pigment oranının kontrolünde, proses suyu renk ve organik madde takibinde, gıda ve temizlik ürünlerinde katkı miktarı tayininde kullanılır. Güvenlik açısından kuvvetli asit veya baz içeren numuneler seyreltme kabında taşınır, kırılan hüvet keskin atık kutusuna atılır ve çözeltiler çeker ocak altında hazırlanır.

Sınavlarda bu konudan çıkan sorular üç başlıkta toplanır: absorbans ile transmittans ilişkisi, Beer-Lambert ile derişim hesabı ve kalibrasyon eğrisinden bilinmeyenin bulunması. Soruda yalnız absorbans verilmişse önce A = - log T ilişkisi, derişim verilmişse doğrusallık koşulu hatırlanmalıdır. Hüvet sorularında ayrım anahtarı daima dalga boyudur: 400 nm altında kuartz, üzerinde cam kullanılır.

Ne Öğreneceğiz

UV-görünür spektrofotometrinin fiziksel temeli, cihaz düzeneği, Beer-Lambert yasası ve kalibrasyon eğrisiyle derişim belirleme. Bu konuda ögrenme çıktıları:

• UV-görünür bölgede elektron geçişlerini, kromofor kavramını ve kesim dalga boyunu açıklar.
• Beer-Lambert yasasını kullanarak absorbans, transmittans ve derişim ilişkilerini hesaplar.
• Spektrofotometrenin bileşenlerini (kaynak, monokromatör, hüvet, detektör) görevleriyle belirtir.
• En az beş noktalı kalibrasyon eğrisi kurup bilinmeyen numunenin derişimini hesaplar.
• Hüvet seçimi, blank ölçümü ve seyreltme kaynaklı ölçüm hatalarını değerlendirir.

Ön Bilgi

Bu konuya başlamadan önce temel kavram ve ön koşulları kavramanız yardımcı olacaktır. Konunun çerçevesinde şu kavramlar dikkat ister:

• Ölçüm öncesinde daima blank ile sıfırlama yapılır; blank numunesi yalnız kullanılan çözücüdür.
• Ölçüm lambda-maks değerinde yapılır; burada duyarlılık en yüksektir ve dalga boyu kayması en az etkiler.
• Absorbans arttıkça transmittans azalır; yüksek A değeri ışığın büyük bölümünün soğurulduğunu gösterir.
• UV bölgesinde (400 nm altında) cam hüvet ışığı emer, bu yüzden kuartz hüvet kullanılır.
• Doğrusal aralık aşılırsa absorbans düşük ve yanlışık çıkar; numune seyreltilerek yeniden ölçülür.
• Hüvet optik yüzeyi parmak yağı ve çiziklerden etkilenir; tutarken mat yüzeyden tutulur.

Basit Örnek ve Günlük Yaşam

Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:

Soru: Bir çözeltinin UV-görünür spektrofotometrede absorbansı 0,45 ölçülmüştür. Bu çözeltinin ışık geçirme oranı (transmittans) yüzde kaçtır?

1. Adım 1: İlişki yazılır: A = - log T olduğundan T = 10 üzeri (-A) olur.
2. Adım 2: Değer konur: T = 10 üzeri (-0,45) hesaplanır.
3. Adım 3: Sonuç bulunur: T = 0,3548 yani yaklaşık 0,355 olarak bulunur.
4. Adım 4: Yüzdeye çevrilir: 0,3548 · 100 = 35,5 yüzde alınır.

Sonuç/cevap: Cevap: Transmittans yaklaşık yüzde 35,5'tir; çözelti gelen ışığın yaklaşık üçte birini geçirmektedir.

Karşılaştırma Tablosu

Kendini Dene

Soru: Bir kalibrasyon eğrisi A = 0,010 + 0,080 · c (c: mg/L) biçiminde kurulmuştur. Absorbansı 0,330 ölçülen bilinmeyen numunenin derişimini hesaplayınız; ardından ölçümde blank ile sıfırlamanın ve ölçümün lambda-maks değerinde yapılmasının sonuçları nasıl etkilediğini açıklayınız.

Örnek cevap: Puanlama anahtarı: c = (A - a) / b formülünün doğru yazılması 4 puan; değerlerin yerine konulması (0,330 - 0,010) / 0,080 adımı 5 puan; sonucun 4,0 mg/L olarak bulunması 5 puan; blank ile sıfırlamanın çözücü ve hüvet soğurmasını ölçümden çıkardığının yazılması 3 puan; lambda-maksda duyarlılığın en yüksek olduğu ve dalga boyu kaymasının etkisinin en az olduğunun belirtilmesi 3 puan. Toplam 20 puan.