Spektroskopik Teknikler Nelerdir? Nasıl Yapılır?

Spektroskopik Teknikler Nelerdir? Nasıl Yapılır?
Spektroskopik Teknikler Nelerdir? Nasıl Yapılır?
Elektromanyetik radyasyon ile madden etkileşmesi sonucu oluşan spektrumların üretilmesa ölçülmesi ve yorumunu içeren çalışma alanıdır

Elektromanyetik radyasyon ile madden etkileşmesi sonucu oluşan spektrumların üretilmesa ölçülmesi ve yorumunu içeren çalışma alanıdır

Spektroskopik olaylar hem atomlar hem de molekülle; için geçerli olup moleküllerde elektronik geçişler yanınd daha düşük enerji ile oluşan titreşim ve dönme düzeylerinde de geçişler olduğu için elde edile; spektrumlar daha karışıktır

Beyaz ışığın bir prizmadan geçirilmesiyle değişik dalga boylarına sahip renklere ayrıldığı bilinen bir olaydır Sıcak bir flamandan elde edilen ışık bu şekilde incelendiğinde çok geniş bir spektrum gözlenir ve buna sürekli ışık adı verilir Eğer aynı ışık önce atomik buhardan daha son bir prizma ya da şebekeden geçirilirse sürekliliğin kaybeder Atomik buhar yokken ışık; fotoğraf plağın tamamen karartırken; atomik buhardan geçirildiğinde fotoğraf plağında kararmayan bölgeler görülür Bu bölgelerin her biri belirli bir dalga boyuna karşılık gelir Atomik buhar bu dalga boylarına karşılık gelen ışığı absorblamıştır Bu şekilde elde edilen spektrumlara absorpsiyon spektrumu adı verilir Atomlara ait absorpsiyon spektrumları her atom için karakteristik hatlardan ibarettir Oysa moleküllerin absorpsiyon spektrumları hat yerine geniş bantlardan oluşur Absorpsiyon spektrumu, en düşük enerji düzeyinden (temel düzey) daha yüksek enerjiye sahip uyarılmış düzeylere geçişleri kapsar Emisyon spektrumları ve yüksek enerji düzeylerine uyarılmış atomların foton yayarak daha düşük enerji düzeylerine geçişleriyle oluşur Bu şekilde elde edilen ışık prizmadan geçirilirse yine bir seri çizgi elde edilir Ancak bu defa çizgiler fotoğraf plağında kararmalara neden olur

Yayılan fotonun enerjisi, uyarılmış düzey ile temel enerji düzeyi arasındaki farka eşitse emisyon spektrumlarındaki bu hat absorpsiyon spektrumunda gözlenen hatlardan birisi ile aynı dalga boyundadır



Şekil-1'de absorpsiyon ve emisyon spektrumlarının oluşumu görülmektedir

Temel haldeki atomlar belirli bir enerji absorblayarak uyarılmış düzeye çıkabilir Bu absorplama Lambert-Beer yasasına uyar Atomlar üzerine düşen ışının şiddeti lo ve absorplanmadan çıkan ışının şiddeti I ise,

A=log( I0/I )= kNl

yazılabilir

Bu bağıntıda;
A: absorbans;
k: atomik absorpsiyon katsayısı
N: Işın yolu üzerinde birim hacimdeki serbest atom sayısı
l: absorpsiyon ortamının uzunluğudur

Deney koşulları sabit tutulduğunda N değeri; dolayısıyla sabit absorbans atomun çözeltideki iyonunun derişimine bağlı olacaktır

Buradan A=k(C) yazılabilir

Absorpsiyon ile emisyon arasındaki ilişki Kirchoff kuralına göre şu şekilde ifade edilir Belirli bir dalga boyunda ışık yayabilen bir madde aynı dalga boyunda ışık soğurabilir Işığın emisyon ve absorpaiyonu İçin kuantum kuralı Planck tarafından geliştirilmiştir Buna göre;

E = hѵ = (hc)/ λ

Burada:
E: Işığın enerjisi
h: Planck sabiti
ѵ: Işığın frekansı
c: Işık hızı
λ: Işığın dalga boyu

Yayınlanan ışının dalga boyu X] atom yada molekülün cinsine (kalitatif analiz), şiddeti ise atom veya molekülün derişimine (nicel analiz) bağlıdır

Atomlarla ilgili spektrometrik analiz teknikleri üç ana temele dayanır

Bunlar;
Absorpsiyon, Emisyon ve Floresans olarak ifade edilir

Absorpsiyon sıcak bir ortamda oluşmuş gaz halindeki serbest atomların (molekül bağlarının ısı etkisiyle parçalanarak) rezonans ışınlarının soğurulmasına dayanan bir olaydır

M + hѵ → M* (Arbsorbsiyon)

M: Gaz halindeki serbest atom

Emisyon; uyarılmış düzeydeki atomların (ısı etkisiyle uyarılmış) foton yayarak temel enerji düzeylerine) geçişlerini ifade eden bir olaydır

M* → M + hѵ (Emisyon)

Floresans'ta ise M* halinde uyarma, bir atomlaştırıcı içerisinde oluşan atomların bir ışık kaynağından elde edilen rezonans dalga boyunda bir ışık ile oluşturulur

M* → M + hѵ (Floresans)

Çok atomlu moleküllerde molekülün toplam enerjisi elektronik, titreşim (vibrasyon ve dönme (rotasyon) enerjilerinin toplamına eşittir Bunlar sıralandığında, elektronik enerjinin diğerlerinden daha büyük olduğu görülür
Ultraviyole (200-400 nm) ve görünür bölge (400-800 nm) ışıma enerjisi, değerlik elektronlarının elektronik geçişlerinin gerçekleşmesi için yeterlidir Çekirdeğe yakın kabuklardaki elektronik geçişler ise X ışınları bölgesinde gerçekleşebilir Daha düşük enerjili IR ışımanın enerjisi ise titreşim hareketlerini yaratır Uzak IR ve mikrodalga bölgesi dönme geçişlerine olanak verir

UV - görünür bölgede gerçekleşen her elektronik geçişte çok sayıda titreşim ve dönme düzeyleri de bulunduğundan bu bölgedeki moleküler absorbsiyon spektrumları, birbirine yakın çok sayıda çizgi içerirler ve sürekli bir bant şeklinde ortaya çıkarlar Bu açıdan az sayıda çizgi içeren atomik spektrumlardan farkladırlar
Bir görünür ışın demeti cam kaptaki çözelti içinden geçtiğinde çıkan ışının şiddeti daima gelen ışının şiddetinden düşüktür Işın şiddetindeki bu azalmanın sebebi, yüzeylerdeki yansıma ve ışının enerjisinin çözelti tarafından absorblanmasıdır Buradaki matematiksel ilişki Lambert-Beer yasası ile ifade edilir

Monokromatik (tek bir dalga boyunda) bir ışın demeti "b" kalınlığındaki bir madde çözeltisine dik olarak yollandığında, ışın şiddetindeki azalma, ışının şiddeti, absorblayıcı maddenin derişimi ve çözelti tabakasının kalınlığı ile doğru orantılıdır I0 ve I çözelti tabaksına giren ve çıkan ışınların şiddeti olmak üzere,

( I / I0 ) = 10 -abc = T

log ( I0 / I ) = abc = A ve A = log ( 1 / T ) ‘ dir

Burada;
A= absorblans
T= geçirgenlik
a= absorbtivite ( 1g-1cm-1 )
c= çözelti absorblayıcı madde konsantrasyonu ( gL-1 )
b= çözelti tabakasının kalınlığı ( cm )
A= Ɛbc

Ɛ= aM ( M: absorsiyon yapan maddenin molekül ağırlığı )
( Ɛ: molar absortivite (1mol-1cm-1 ) )

Eşitliklere göre:

%T,C ilişkisi üstel
A,C ilişkisi doğrusaldır