Atomik Spektroskopi

Konu Anlatımı

Atomik Spektroskopi ile Metal Analizi

Atomik spektroskopi, numunedeki metal elementlerin serbest atom elektronlarının uyarılmasıyla oluşan ışığı ölçer ve bu sayede bakır, kurşun, çinko, demir gibi elementleri ayrı ayrı tayin eder. Moleküler yöntemlerin aksine burada ölçüm atomun kendi elektron yapısıyla ilgilidir; bağlanma çevresinden bağımsızdır. Bu nedenle aynı element çözelti hâlinde, çamurda ya da alaşımda olsun aynı rezonans dalga boyunu gösterir ve analiz numunenin atomlara ayrılmasıyla başlar.

1. Atomlaştırıcılar ve Yöntem Ayrımı

Numune önce atom hâline getirilir; buna atomlaştırma denir. Alev (flame) atomlaştırıcıda asetilen-hava ya da asetilen-azot oksit alevi kullanılır ve sıcaklık yaklaşık 1800-2700 °C arasında değişir. Katod boşluğunda numune bir elektrot üzerinde ısınır. ICP (induktif olarak eşleşmiş plazma) kaynağında argon plazması 6000-10 000 °C'e ulaşarak numuneyi tamamen atomlarına ve bir bölümü iyonlarına ayrıştırır. Ölçüm biçimi de ikiye ayrılır: atomik yayım (AES), uyarılan atomların yaydığı ışığı; atomik absorbsiyon (AAS), rezonans dalga boyundaki ışığı soğurmayı ölçer.

2. Interferanslar ve Düzeltme Teknikleri

Ölçümü etkileyen üç temel interferans grubu vardır. Seçici olmayan soğurma, molekül salınımlarının ve arka planın rezonans dalga boyuna yakın soğurmasıdır; deuter lambasıyla yapılan arka plan düzeltmesi bu farkı çıkarır. İyonlaşma interferansı, yüksek alev sıcaklığında elementin iyonlaşarak atom sayısını azaltmasıdır; numuneye sezyum gibi iyonlaştırıcı eklenerek çözülür. Matris etkisi, çözücü ve yabancı iyonların viskozite, besleme ve püskürtme verimini değiştirmesidir; standart ekleme yöntemiyle veya matrise eşdeğer standartlarla giderilir.

Hesap sırası daima aynıdır: ham ölçümden blank ve arka plan düzeltmesi çıkarılır, kalan net absorbans kalibrasyon eğrisinde okunur, çıkan değer seyreltme faktörüyle yükseltilir ve ancak ondan sonra sınır değerle karşılaştırılır. Düzeltilmemiş ham değerle karşılaştırma yapmak, sınırın altında kalan bir numuneyi uygunsuz ya da sınırın üzerindekini uygun gösterebilir.

3. Numune Hazırlama ve Ölçüm Sırası

1. Numune kodlanır, miktarı ve alındığı yer kaydedilir; temsiliyet numune alma anında sağlanır.
2. Gerekiyorsa asitle çözünür veya seyreltilir; katı numunelerde külleme ve çözünme adımı uygulanır.
3. Sıfır dâhil en az dört noktalı standart serisi hazırlanır ve aynı matriste olması sağlanır.
4. Her nokta en az iki kez okunur; tekrarlar arasındaki fark yöntem şartnamesinin izin verdiği aralığın dışındaysa ölçüm tekrarlanır.
5. Geri kazanım deneyiyle doğrulama yapılır, sonuç, cihaz numarası ve kalibrasyon etiketi birlikte rapora yazılır.

4. Güvenlik ve Atık Yönetimi

ICP ve alev yöntemlerinde en kritik güvenlik konuları gaz ve ısıdır. Asetilen silindiri yağsız ellerle taşınır, hortumlar ve reductorler yağdan arındırılır, alev önce yakıt sonra oksidan sırasıyla yakılır ve kapatış ters sırayla yapılır. Asidik numuneler duman kabında hazırlanır; numune çubukları ve cam malzemeler keskin atık kabına atılır. Ağır metal içeren atıklar laboratuvar atığı olarak asit-baz ve çözücü atıklarından ayrı, etiketli geçici depolama kabında toplanır ve yetkili bertaraf firmasına teslim edilir.

5. Sınav Odaklı Özet

Sınavda en çok iki şey sorulur: yöntemin ölçtüğü büyüklük ve interferansın düzeltme yolu. AAS soğurmayı, AES yayımı ölçer; ikisinde de numune atomlara ayrılır. Dalga boyu eşlemeleri (Cu 324,8 nm, Na 589,0 nm, Hg 253,7 nm) ve arka plan, iyonlaşma, matris interferanslarının düzeltme yöntemleri ezber yerine ilişki kurularak öğrenilmelidir; hesap sorularında ise seyreltme faktörü ve geri kazanım yüzdesi düzenli olarak çıkmaktadır.

Ne Öğreneceğiz

Atomik absorbsiyon ve yayım yöntemlerinde atomlaştırıcılar, interferanslar, düzeltme teknikleri ve ağır metal analizi uygulamaları. Bu konuda ögrenme çıktıları:

• Atomik spektroskopide numunenin atomlara ayrılmasını ve ölçümün atomik düzeyde gerçekleşmesini açıklar.
• Atomik absorbsiyon ile atomik yayım yöntemlerini ölçtükleri büyüklük üzerinden karşılaştırır.
• Aleve, katod boşluğuna ve ICP tabanlı atomlaştırıcıları çalışma sıcaklıklarıyla ayırt eder.
• Arka plan, iyonlaşma ve matris interferanslarını düzeltme yöntemleriyle eşleştirir.
• Seyreltme, geri kazanım ve kalibrasyon eğrisi adımlarını ağır metal analizinde uygular.

Ön Bilgi

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

• Atomik spektroskopide ölçüm öncesi numune atomlara ayrılmalıdır; bu adım yapılmadan atomun dalga boyu ölçülemez.
• AAS ışığı soğurmayı, atomik yayım yöntemi ise atomların yaydığı ışımı ölçer.
• Arka plan düzeltmesi parçacık saçılması ve molekül salınımlarından kaynaklanan yanılmayı giderir.
• Yüksek alev sıcaklığında iyonlaşma artarsa ölçüm düşer; sezyum gibi iyonlaştırıcı eklenerek denge sağlanır.
• Seyreltme sonunda hesap her zaman asıl numune değerine döndürülür; faktör ters uygulanmaz.
• Ağır metal içeren laboratuvar atıkları diğer atıklardan ayrı, etiketli kaplarda toplanır.

Basit Örnek ve Günlük Yaşam

Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:

Soru: 1,0 mg/L mangan standardının absorbansı 0,150, bilinmeyen numunenin absorbansı 0,090 olarak ölçülmüştür. Numunenin derişimi kaç mg/L'dir?

1. Adım 1: Eğim doğrusal kabul edilir: b = 0,150 / 1,0 = 0,150 (mg/L) başına absorbans.
2. Adım 2: Blank düzeltmesi varsayılan olarak uygulanır ve net absorbans 0,090 alınır.
3. Adım 3: Derişim bulunur: c = 0,090 / 0,150 = 0,60.
4. Adım 4: Sonuç birimlenir: c = 0,60 mg/L.

Sonuç/cevap: Cevap: Numunenin mangan derişimi 0,60 mg/L'dir.

Adım Adım Çözülmüş Örnek

Örnek 1: Standart Oranıyla Derişim konusunun adımları:

1. Adım 1: Eğim doğrusal kabul edilir: b = 0,150 / 1,0 = 0,150 (mg/L) başına absorbans.
2. Adım 2: Blank düzeltmesi varsayılan olarak uygulanır ve net absorbans 0,090 alınır.
3. Adım 3: Derişim bulunur: c = 0,090 / 0,150 = 0,60.
4. Adım 4: Sonuç birimlenir: c = 0,60 mg/L.

Karşılaştırma Tablosu

Sık Yapılan Hatalar

Atomik absorbsiyon ile atomik yayımı karıştırmak: AAS soğurmayı, AES yayımı ölçer; aynı numune iki yöntemde farklı büyüklük verir.

Blank ve arka plan düzeltmesini yapmadan eğimden derişim okumak: Ham absorbans kalibrasyon eğgisine konursa sonuç sistematik olarak şişer ya da düşer.

Seyreltme faktörünü ters uygulamak: Ölçüm seyreltilmiş çözeltide yapıldığı için asıl değer faktörle çarpılır; bölme yanlıştır.

Sodyum 589,0 nm'yi bakır sanmak: Dalga boyu elemente özeldir; Cu 324,8 nm, Na 589,0 nm, Hg 253,7 nm'dir, karıştırma yanlış element sonucu verir.

Ağır metal atığını lavaboya boşaltmak: Atık yönetmeliği gereği ağır metal içeren çözümler etiketli ayrı kabda toplanır, lavaboya verilmez.

Kendini Dene

Soru: Bir atık su numunesinin ham absorbansı 0,325, blank ölçümü 0,025 ve kalibrasyon eğimi 0,1000 (mg/L) başına absorbanstır. Numunenin 25,0 mL'si 100,0 mL'ye tamamlanarak seyreltilmiştir. Net absorbansı, seyreltilmiş çözeltideki ve asıl numunedeki derişimi sırasıyla hesaplayıp sonucu yorumlayınız.

Örnek cevap: Puanlama anahtarı: Net absorbansın 0,325 - 0,025 = 0,300 olarak bulunması 5 puan; seyreltilmiş çözeltideki derişimin 0,300 / 0,1000 = 3,00 mg/L hesaplanması 5 puan; seyreltme faktörünün 100,0 / 25,0 = 4 olduğunun yazılması 5 puan; asıl derişimin 3,00 × 4 = 12,0 mg/L bulunması 5 puan. Toplam 20 puan.