NSZ

KYM-342 nstrmental Analiz dersi kapsamnda, Ultraviyole ve grnr blge spektroskopisi deneyi 09.04.2013 tarihinde Ara. Gr. Ceren ATLA DNER gzetiminde yaplmtr.

Konunun geni zetini, konuyla ilgili deney bilgilerini, hesaplamalar ve sonular ieren rapor , 12-B grubunun ortaklaa almalar sonucu hazrlanm olup 17.04.2013 tarihinde Prof. Dr. Afife GVENe sunulmaktadr.

ZET

KYM-342 Enstrmental Analiz dersi kapsamnda yaplan Ultraviyole ve Grnr Blge Spektroskopisi deneyinde , bilinen bir maddenin nicel analizinin yaplmas amalanmtr.

Ultraviyole ve Grnr Blge Spektroskopisinde sadece sv veya zelti haline getirilmi ve gaz halindeki maddelerin spektrumu alnabileceinden , analizlenecek rnein bu formlara getirilmesi iin baz safhalardan geirilmesi gerekmektedir. Bu deney iin , kat halde bulunan Reactive Brilliant Blue R maddesinin zelti haline getirilmesiyle deriimi 5*10-4 M olan 50 mllik stok zelti hazrlanmr. Bu stok zeltiden hazrlanan deriimleri 1*10-5 M, 3*10-5 M, 5*10-5 M,7*10-5 M, 9*10-5 M olan 10mllik 5 tane kalibrasyon zeltilerinin en uygun dalga boyu olan 591 nm dalga boyu seilerek , absorbans deerleri llmtr. Burada ama; deriim-absorbans kalibrasyon erisini elde ederek , deriimi bulunmak istenen rnein bilinen absorbans deerine karlk deriimini bulmaktr.

Hazrlanan farkl deriimlerdeki zeltilerin bu dalga boyunda alnan absorbans deerleri , deriime kar grafie geirildiinde elde edilen kalibrasyon dorusunun denkleminin olduu bulunmutur. Bu denklemden yararlanlarak rneimizin deriimi 0.340 absorbans deerine karlk 5.802*10-5 M olarak bulunmutur.

1.GR

Spektroskopi, atom ya da molekller tarafndan absorplanan, yaylan ya da salan elektromagnetik radyasyonun llmesi ve yorumlanmasdr.

Spektroskopik yntemler ,maddenin molekler yapsnn aydnlatlmasnda , elementel analizinin yaplmasnda , ve nicel analizinde kullanlr. Bu yntemleri , madde yapsna ve analiz amacna gre , dayand temellerle birlikte tablo1 deki gibi ksaca gsterebiliriz.

Tablo 1 : Spektroskopik Yntemler ve Dayand Temeller

Yntem

Dayand temel

Nkleer magnetik rezonans spektroskopisi

Magnetik alanda ekirdek spini

Mikrodalga spektroskopisi

Molekllerin dnmesi

Elektron spin rezonans

Magnetik alanda ortaklamam elektron spini

nfrared ve raman spektroskopisi

Moleklerin dnmesi ve titreimleri

Ultraviyole ve grnr blge spektroskopisi

Elektronik geiler

X nlar spektroskopisi

X nnn atomik tabakalardan krnm ve yansmas

Uzayda ok byk hzlarla hareket eden bir enerji ekli olarak tanmladmz nn , herhangi bir molekl zerine drlmesiyle , oluan sourma neticesinde enerjisinde bir azalma olacaktr. Molekln bu sourma bantlarnn yeri molekln atomik ve elektronik yapsna baldr. Bir bileiin tm moleklleri iin tek frekansl bir nm absorplanyorsa spektrumda absorpsiyon izgileri grlr. Fakat belli bir elektronik seviyede olan her molekl ayn zamanda titreme ve dnme seviyelerinde de olduundan spektrumda absorpsiyon bantlar ve pikleri de bulunur. Elektromagnetik spektrumda bantlarn veya izgilerin yerleri dalga boyu ya da dalga says ile verilmektedir [ 1 ]

Her bir spektroskopik yntem farkl frekans ve dalga boyu aralnda geerlidir. Bu blgeler aadaki gibi gsterilebilir [ 2 ].

Violet: 400 - 420 nm

Indigo: 420 - 440 nm

Blue: 440 - 490 nm

Green: 490 - 570 nm

Yellow: 570 - 585 nm

Orange: 585 - 620 nm

Red: 620 - 780 nm

Spektroskopik analizlerde belli bir dalga boyundaki nn maddeyle etkilemesi sonular izlenir. Ancak bu analizlerde madde sadece tek dalga boylu nla etkileebilmektedir. Oysaki n kaynaklar birok dalga boyunu birlikte yayarlar. Dolaysyla zel ayrma teknikleri kullanlmaldr.

Absorpsiyonla n enerjisi maddenin iyon , atom ya da molekllerine aktarlr.bylece uyarlm iyon , atom ya da molekln mr 10-8 sn kadardr. Madde, absorplad n enerjisini hemen geri vererek temel durumuna dner , n enerjisinin geri verilmesi genellikle s eklinde olur. Baz maddelerde absorplanan n baka olaylara da neden olabilir. rnein n absorplayan madde ksa sreli olarak uzun dalga boylu nlar yayabilir. Bu olaya fotolminesans , bu olayn ok ksa sreli olanna flouresans , uzun sreli olanna ise fosforesans ad verilir[ 1 ].

Beyaz bir n saydam bir ortamdan geirilmesi srasnda ,ortaya kan radyasyonun giren radyasyondan daha az gl olduu grlr. Gteki bu azalma , ortamn , n bir ksmn absorplad grn ortaya koyar. Absorplanan bu radyasyon , her maddeye zg olacandan , yani absorplama srasnda alnan enerji ile uyarlm duruma geen her atomun , temel haliyle arasndaki enerji farklar farkl olacandan her madde kendine ait absorpsiyon spektrumuna sahiptir. Bu durum , spektroskopik analizin faydalanlan en nemli zelliidir [3].

Spektrumlar genel olarak atomik ve molekler olmak zere ikiye ayrlr. En d tabaka elektronlarnn uyarlmas zerine kurulmu olan atomik absorpsiyon spektroskopisinde , spektrumlarda sadece elektronik enerji seviyeleri sz konusudur. Ve bu enerji seviyelerini elektronlarn drt kuvantum says belirler. Atomlarn spektrumlar daima izgi halindedir.

Molekler absorpsiyon spektrumlarnda , molekllerin uyarlmas iin daha byk enerji gereklidir. Absorpsiyon maddenin elektronik yapsna baldr.

Atomik absorpsiyondan farkl olarak molekl , elektronik enerjinin yannda atomlarda olmayan dnme ve titreim enerjilerine de sahiptir. Ayrca molekler absorpsiyon spektrumunda birok dalga boyunu ieren absorpsiyon bantlar oluur.

Ultraviyole ve grnr blge spektroskopisi, molekllerdeki elektronik geiler zerine kuruludur. Bu geiler , geerli olduu spektrum blgesi ve rnekleriyle tablo2 de

verilmitir[ 1 ].

Tablo 2: Elektronik Gei Blgeleri

gei

Elektronik spektrum blgesi

rnek

*

Vakum uv

125 nm de CH4

n*

Uzak uv

190 nm de aseton

*

Uv

180 nm de doymu aldehitler

n*

Yakn uv,grnr blge

227 nm de aseton

Absorpsiyon metotlarndan yararlanlarak yaplan kantitatif analizler , en ok yaplan analizlerdir. Aratrmalar , btn dnyada yaplan kantitatif analizlerin 90 nn absorpsiyon metotlaryla gerekletirildiini gstermektedir. Bunun nedenleri ;

Hem organik hem de inorganik maddelere uygulanabilmesi

10-4-10-5 M civarndaki dk deriimli maddelere de uygulanabilmesi

Doruluk derecesinin yksek olmas ( bal hata 1-3 arasnda)

Olduka spesifik olmas

stenilen analiz bilgilerine kolaylkla ulalabilmesidir.

Bir absorpsiyon tayini yapabilmek iin maddenin , aada verilen fonksiyonlu gruplardan en az birini iermesi gerekir;

ifte ba -l ba

nitro grubu -nitrozo grubu- azo grubu

amit grubu -karbonil grubu-karboksit grubu

fenol-ester grubu

aromatik grup ve dierleri...

UV VIS Spektroskopisi ;

maddenin nitel ve nicel analizinde

karmlarn analizinde

molekl arlnn belirlenmesinde

tepkime hz tayininde

spektrofotometrik titrasyonda kullanlr [4].

1. Torul , T. (Ed.), 1995. nstrmental Analiz, AFF Dner Semaye letmesi Yayn, No:28 , Ankara.

2. www.cem.msu.edu/~reusch/VirtualText/ Spectrpy/UV-Vis/spectrum.htm - 20k

3. EWNG Galen , Instrumental Methods of Chemical Analysis , McGraw-hill book company , New York ,1960 , second edition

4. GNDZ Turgut , nstrmental Analiz , Gazi niversitesi yaynlar , 2004 , Ankara, 7.bask

2. KURAMSAL TEMELLER

2.1.1. In ve zellikleri

In uzayda ok byk hzla hareket eden bir enerji eklidir. Ik, s, radyo dalgalar gibi eitleri vardr; bunlardan yalnzca k gze grlmektedir. Inn uzayda yaylmas dalgalar eklinde olmaktadr.

Bir n, elektrik ve magnetik alan kuvveti olmak zere iki vektrle gsterilir. Bu iki vektr birbirine dik olup sinsoidaldr ve nn yaylma ynne de diktir.

2.1.2. Elektromagnetik spektrum

Dalga Boyu : Eelektromagnetik dalgann yaylmasnda ard ardna iki dalga tepesi arasdaki uzaklktr ve ile gsterilir.

Periyot : Birbirini izleyen iki dalga tepesinin belli bir noktadan gemesi iin gereken sreye veya bir titreim iin geen sreye denir. Birimi s dir ve t ile gsterilir.

Frekans : Birim zamandaki titreim saysna denir. Birimi Hertz (Hz) tir ve ile gsterilir.

Dalga Says : Dalga boyunun tersidir ( 1/ ) ve v ile gsterilir. Herhangi bir molekln zerine n drldnde, molekl na kar ilgisiz deildir ve nn enerjisinin bir ksm sourma ile azalr. Molekln bu sourma bantlarnn yeri, atomik ve elektronik yapsna baldr.

Bu nedenle nn iki zellii nem tamaktadr. In cinsi ve frekans ya da iddeti (foton bana den enerji). Frekans nn dalga karakterinin bir gstergesidir. In enerjisinin absorpsiyonunda tek frekansl bir nn absorplanr. Bu bileiin tm molekller iin byle ise, spektrumda absorpsiyon izgileri grlr. Fakat belli bir elektronik seviyede olan her molekl ayn zamanda deiik titreme ve dnme seviyelerinde de olduundan spektrumda absorpsiyon bantlar ve pikleri bulunur.

Elektromagnetik spektrumda bantlar ya da izgilerin yerleri dalga boyu () ya da dalga says () ile verilmektedir[1].

ekil 1 Elektromagnetik Spektrum [2]

Hz : Dalgann birim zamanda ald yoldur. c ile gsterilir ve dalga boyu ile frekansn arpm eklinde ifade edilebilir.

Bir maddenin temel durumu ile uyarlm durumlar arasmdaki enerji farklar baka bir madeninkinden deiik olduundan her maddenin kendine zg bir absorpsiyon spektrumu vardr. Bu spektrumlar genel olarak ikiye ayrlrlar:

1) Atomik absorpsiyon spektrumlar:

AAS, n gaz halindeki atomlar tarafndan absorpsiyonunun llmesi ilkesine dayanr.

Bu ilkeye gre madde konsantrasyonu tayini yapmada kullanlan cihazlar atomik absorpsiyon spektrofotometreleridir.[7]

2) Molekler absorpsiyon spektrumlar:

Bir molekln elektronlar da atomlar gibi daha yksek enerji seviyelerine gemek zere uyarlrlar ancak bu kez sz konusu enerji daha byktr ve bu nedenle molekllerin elektronik spektrumu, spektrumun UV ya da grnr blgesinde bulunur. Bu blgelerdeki absorpsiyon molekln elektronik yapsna baldr. [2]

Ultraviyole (mortesi) / Grnr Blge Molekler Absorpsiyon spektroskopisi alma prensibi:

Molekler absorpsiyon spektroskopisi 160-780 nm dalga boylar arasndaki n b n yoluna sahip bir hcredeki zeltinin geirgenliinin (T) veya absorbansnn (A) lmne dayanr. Bu absorpsiyon daha ok molekllerdeki ba elektronlarnn uyarlmasndan kaynaklanr, bunun sonucu olarak molekler absorpsiyon spektroskopisi bir molekldeki fonksiyonel gruplarn tanmlanmasnda ve ayn zamanda fonksiyonel gruplar tayan bileiklerin nicel tayininde kullanlr. UV/VIS spektroskopisi ok sayda organik ve inorganik bileiin analizinde kullanlmaktadr.[6]

2.2 In Absorpsiyon Yasalar

effaf bir kap iinde bulunan zeltiye gnderilen nn bir ksm absorblanr, bir ksm dalr, bir ksm yansr ve kalan ksm ise ortamdan geer. Dalma ve yansmann ihmal edilmesi iin gelen n bir defa saf zcden, bir defa da zeltiden geirilerek rnek zerine gnderilir. Bylece gelen ve ortam terk eden n arasndaki iliki:

Io = I+Ia+Id+Iy.(1)

eklinde ifade edilir. Ancak Id(dalan n) ve Iy(yansyan n) dierlerine oranla ok kk olduu iin ihmal edilebilinir[5].

Io = I+Ia

bants kalr.

Io: Gelen nn iddeti

I : Ortam terk eden nn iddeti

Ia: Absorblanan nn iddeti

Monokromatik ve I0 iddetindeki bir k demeti, kalnl b cm olan bir tpte bulunan zeltideki herhangi bir molekl tarafndan absorplandnda iddeti azalr ve tp I iddetinde terk eder. Imann iddetindeki bu azalmann bir ksm rnek kabnn eperlerinde ortaya kan yansmalar veya zeltide bulunabilecek asl taneciklerinin yol at salmalar sonucu oluur. Sadece molekllerin o dalga boyundaki maya absorplamas sonucu ortaya kan azalma BEER-LAMBERT eitlii ile verilir. Bu eitlie gre, rnek kabna giren ve kab terk eden k iddetlerinin logaritmalarnn fark, kla etkileen molekllerin birim hacimdeki says ile, yani deriim ile, orantldr:

log (Io/I)=bc=A(2)

A ile C arasnda bu basit dorusal ilikiden analitik uygulamalarda yararlanlr. Eitlikte deriim C, mol/L, rnek kabnn kalnl b ise cm birimindedir. ,molar snm veya molarabsorpsiyon katsays ya da molar absorptivite olup,birimi L/mol.cm dir;A ise absorbans adn alr.Aya optik younluk veya snm adlar verilir.Deriimin g/L olarak kullanlmas halinde Ay Cye balayan eitlikte katsay a ile gsterilir ve birimi L/g.cm olarak verilir;a,snm veya absorpsiyon katsays ya da absorptivite adn alr:

A = abc

rnek kabn terk eden ve kaba giren k iddetleri arasndaki orana geirgenlik, T,ad verilir:

I/Io=T=10-bc ....(3)

Grld gibi, geirgenlik ile deriim arasndaki iliki stel olup bunun uygulamada kullanlmas zordur. A ile T arasndaki basit iliki ise,

A= -logT=2-log %T..(4)

eklindedir ve % T,yzde geirgenlik adn alr[5].

Lambert Beer Yasasnn Karmlara Uygulanmas:

Beer Yasas birde ok absorplayc madde ieren karmlar iinde geerlidir. Trlerin

birbirlerini etkilememesi kouluyla, ok bileenli bir sistemin toplam absorbans

Atoplam = A1 + A2 + .... + An = 1bC1 + 2bC2 + ... + nbCn

olarak verilir[5].

Beer-Lambert eitliinin geerli olabilmesi iin uygulanan n gerekten monokromatik yani tek dalga boyu deerinde olmas,absorpsiyon olaynn rnein her yerinde eit miktarda olmas yani,rnein homojen olmas,ayrca birden fazla bileenin absorplamas halinde,her bir bileenin,dierlerinin absorpsiyonunu etkilememesi gerekir.

Lambert Beer kanununda sapmalarn nedenleri ; cihazdan gelen sapmalar ve kimyasal sapmalar olarak iki grupta incelenir.

Cihazdan gelen sapmalara spektrofotometreye gelen potansiyeldeki dalgalanmalar veya kararsz n kayna sebep olur.

Kimyasal sapmalarn balca nedenleri ; analiz srasnda rnekeltide meydana gelebilecek asosyasyon, dissosyasyon, iyonlama, polimerizasyon, floresans, fosforesans gibi deiimlerdir.

2.3 Spektrofotometreler

Spektrometreler alma prensiplerine gre ikiye ayrlrlar:

1)Tek n demetli spektrofotometreler: Bu tip spektrofotometrelerde n kaynandan dedektre tek bir optik yol vardr. Analizden nce maddenin maksimum absorbans yapt dalga boyu belirlenir ve bu dalga boyunda rnek blmesine referans zelti (genellikle zc) konularak cihazn % 100 geirgenlik ya da 0 absorbans ayar yaplr. Daha sonra rnek blmesine zelti konur ve absorbans okunarak nceden hazrlanm olan alma dorusu yardmyla rnein deriimine geilir.

(In KaynaMonokromatr rnekDedektrkaydedici)

ekil 3.Tek In Demetli Spektrometre

2)ift n demetli spektrofotometreler: Monokromotrden kan k eit iddetle iki demete blnerek biri rnee dieri sadece zcnn bulunduu kaba gnderilir. kiye ayrlan k iki ayr dedektrle alglanr ve dedektrlerde oluan sinyallerin oran llr. Bylece rnekteki geirgenlik deeri srekli olarak zcnnki ile karlatrlm olur. Tek dedektr kullanlarak da lm yaplabilir[1].

(In Kay.MonokromatrReferansDedektr rnekDedektrkaydedici)

ekil 4. ift In Demetli Spektrometre

3.DENEYSEL YNTEM

3.1 DENEY SSTEM

Maddenin absorplamasn incelemek iin spektrofotometre ad verilen bir dzenek kullanlr ve balca n kayna, monokromatr veya filtre, rnek, dedektr ve kaydediciden oluur.[4 www.kimyaevi.com]

(Monokromatr ya da Filtre)

( In Kayna) ( Kaydedici) (Dedektr) ( rnek)

ekil 5 - Spektrofotometre birimleri [1 Torul, T., 1995 , nstrmental Analiz, AFF Dner Sermaye . Y. , Ankara]

In kayna:

In kaynann iki temel zellik tamas gerekmektedir:

1)Yapt yaynmn iddeti zamanla deimemelidir.

2)Spektrumun geni bir aralnda ayn enerjili ma yapabilmelidir.

Spektrofotometrelerde iki tr n kayna kullanlmaktadr:

1) Yksek scaklklara yaltlm scak cisim

2) Gaz boalm lambalar [1]

Monokromatr ya da Filtre:

Monokromatr: Ik kaynandan gelen polikromatik ktan tek bir dalgaboyunda monokromatik k elde edilmesini salayan dzeneklerdir. Monokromatr, filtreli fotometrelerde k filtresidir; spektrofotometrelerde k prizmasdr. [5]

ki snfa ayrlr:

1)Prizmalar

2)Krnm alar (optik alar)

Filtre: Elektromagnetik mann baz dalga boylarn absorplayp, alma alanna giren dalga boylarn seimli olarak geirirler. ki eittir:

1.) Absorpsiyon filtreleri

2.) Giriim filtreleri [5www.mustafaaltinisik.org.uk/sunularim.htm]

Dedektrler:

rnein absorplayp absorplamadn anlamak iin k kaynandan gelen n iddetinin llmesi amacyla kullanlan dzenektir[5]. Dedektrler, ma enerjisini, kolay llebilir bir elektrik akmna evirirler. Balca zellikleri:

1.) Cevap sresi ksa olmaldr.

2.) Spektrumun geni bir alannda yeterli duyarllkta olmaldr.

3.) Yksek verimle ma enerjisini elektrik enerjisine evirebilmelidir.

4.) Zemin grlts dk olmaldr.

5.) Elde edilen sinyalin iddeti dedektre gelen nn gcyle orantl olmaldr.

UV-VIS blgede kullanlabilen 3 tr dedektr vardr: Fotovoltaik dedektrler, fototp, foto oaltc tp[5].

Kaydediciler:

Dedektrden gelen elektrik uyarlarn uygun lekli grafik katlarna aktaran cihazlardr[1]

rnek kab:

Eer 200 ile 320 nm arasndaki bir dalga boyunda allacaksa rnek kabnn kuvartzdan yaplm olmas gereklidir. nk bu dalga boyu aralnda kuvartz, ultraviyole geirebilir. 320-700 nm arasnda bir blgede allacaksa, rnek kabnn camdan yaplm olmas yeterlidir[4 www.kimyaevi.com].

3.2 ANALZ SSTEM

eitli kromofor gruplarn absorpsiyon bantlar geni olduklar iin birbirleriyle rtrler ve bu nedenle UV ve grnr blge spektroskopisi ile nitel analiz ok yaplmaz. Dier taraftan bu yntem nicel analiz iin olduka uygundur.

Nicel analiz iin ncelikle allacak dalga boyunun ve kullanlacak zcnn belirlenmesi gerekir. Bunun iin belirli bir dalga boyu aralnda incelenecek rnein absorpsiyon taramas yaplarak absorbans deerleri dalga boyuna kar grafie geirilir. Bylece maddenin absorpsiyon spektrumu karlm olur. Bu spektrum incelenerek Lambert Beer eitliine uyulan ve maksimum absorbans veren bir dalga boyu seilir. zeltide analizi yaplacak maddeden baka maddeler de bulunuyorsa bunlarn ve ayn zamanda zcnn de absorpsiyon yapmayaca bir dalga boyu seilmelidir. Bu deer saptandktan sonra analizi yaplacak maddeyi ieren ve deriimleri bilinen birok standart zelti hazrlanr ve seilen dalga boyunda absorbans deerleri llr. Absorbans deerleri, standart zeltilerin deriimlerine kar grafie geirilir ve bylece bir kalibrasyon dorusu elde edilir. Doru elde edilir nk Lambert-Beer denkleminden y=mx gibi bir denklem bulunmaldr. Dolaysyla herhangi bir kayma sz konusu deildir. Nicel analiz, kalibrasyon dorusunun dorusal olduu blgede yaplr. Bundan sonra, rnein absorbans deeri llr ve kalibrasyon dorusundan bu deere kar gelen deriim saptanr. [4]

Deneye Remazol Brillant Blue-R 5*10-4 M deriiminde stok zeltisi hazrlanarak balanmtr. Bu zeltiden seyreltme ilemi ile 1*10-5 M, 3*10-5 M, 5*10-5 M, 7*10-5 M, 9*10-5 M deriimde zeltiler hazrlanm ve kuvars kvetlere konmutur. Daha sonra referans zelti (zc), su ile deriimi bilinen Remazol Brillant Blue-R zeltisi cihaza yerletirilmi, maddenin spektrumu alnm ve maksimum absorbansn yapld dalga boyu belirlenmitir. Bu dalga boyu 591nm olarak bulunmu ve deriimleri bilinen zeltilerin ve rnek zeltinin absorbans deerleri okunmu, deneysel verilere bal olarak izilen kalibrasyon grafiinden deriim hesaplanmtr.