Atomik Absorbsiyon Spektroskopisi (AAS)

Atomik absorbsiyon spektroskopisi, gaz halindeki ve temel enerji düzeyinde bulunan atomların, UV ve görünür bölgedeki ışığı absorblaması ilkesine dayanır. Işıma şiddetindeki azalma ortamda absorbsiyon yapan elementin derişimi ile doğru orantılıdır.

Herhangibir uyarılmış enerji düzeyindeki atom sayısının (Ni), temel enerji düzeyindeki atom sayısına (No) oranı Boltzman eşitliği ile verilir.

Ni / No = Pi / Po e _Ei/kT

Pi = Uyarılmış enerji düzeyinin istatiksel ağırlıkları

P0 = Temel enerji düzeyinin istatiksel ağırlıkları

k = Boltzman sabiti

Ei = Uyarılma enerjisi

T = Mutlak sıcaklık

Oda sıcaklığında uyarılmış enerji düzeyindeki atom sayısı, temel enerji düzeyindeki atom sayısının yanında ihmal edilebilecek kadar azdır. Bu nedenle temel enerji düzeyindeki atom sayısının toplam atom sayısına eşit olduğu kabul edilebilir. Yani absorpsiyon miktarı temel düzeydeki atom sayısına bağlıdır.

Gaz haline getirilmiş atomların elektromanyetik ışımayı absorblaması sonucunda sadece elektronik enerji düzeyleri arasında bir geçiş söz konusudur. Bu neden ile atomların absorpsiyon ve de emsiyon spekturumları dar hatlardan oluşmuştur. AAS her elementin bir çok absorbiyon hattı vardır. Bunların içinden rezonans hat olarak isimlendirilen ve ışımanın dalgaboyunun, temel enerji düzeyine geçerken yaydığı ışımanın dalgaboyuna eşit olduğu hat seçilir.

Atomik Absorpsiyon Spektrofotometreleri

Atomik absorpsiyon spektrofotometresinin bileşenleri, analiz edilecek elementin absorplayacağı ışığı yayan ışık kaynağı, örnek çözeltisinin atomik buhar haline getirildiği atomlaştırıcı, çalışılan dalgaboyunu diğer dalgaboylarından ayrıştırılmasına yarayan monokromatör ve ışık şiddetinin ölçüldüğü dedektördür.

Işık Kaynakları

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 uygulanır ve lamba içerisindeki asal gazın iyonlaşması sağlanır. Ortamdaki iyon ve elektronlar katoda çarparak yüzeyden metal atomlarını kopararak uyarırlar. Uyarılmış eneji düzeyinde bulunan atom karaszıdır 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.

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 spekturmda ışıma yapmaktadırlar. Atomlar ise çok dar bir hatta absorpsiyon yaptıkları için kullanılan ışık kaynaklarınında dar bir hatta emisyon yapmaları gerekmektedir. Bu nedenle sürekli ışık kaynaklarının kullanılması doğru sonuç vermemektedir.

Atomlaştırıcılar

AAS’nin temel çalışma prensibinden bahsederken gaz halindeki atomların ışığı absorplamasından bahsetmiştik. O halde çözetimizi gaz halindeki atomlarına dönüştürecek bir atomlaştırıcıya ihtiyacımız var. AAS de alevli ve elektrotermal olmak üzee iki çeşit ataomlaştırıcı kullanılmaktadır.

Alevli atomlaştırıcıda kullanılan alev, yanıcı ve yakıcı gazların belirli hacimlerde kullanılması ile elde edilir. Yanıcı ve yakıcı gazlar analizi yapılacak elementin atomlaşma sıcaklığına göre şeçilmelidir.

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

 

Diğer bir atomlaştırıcı olan elektrotermal atomlaştırıcı grafit fırındır. Fırın elektriksel dirençle 3000˚C’ ye kadar istenirse kademeli olarak ısıtılabilmektedir.Alevli sistemlere göre daha pahallı fakat daha avantajlıdır. Özellikle ağır metal elementlerinin analizinde ppb düzeyine kadar inebildikleri için daha fazla tercih edilmektedir.

Yöntemde Karşılaşılabilen Engellemeler

AAS yönteminde karşılaşılabilecek engellemeler, okunması gereken absorbanstan daha fazla veya daha düşük okumalar yapmamıza neden olmaktadır. Bu engellemeler;

İyonlaşma Engellemeleri: Atomlaştırıcıda, atomların bir kısmı uygulanan sıcaklık nedeniyle iyonlaşırlarlar. İyonlarla atomların spekral hatları aynı dalga boyunda olmadığı için okunması gereken absorbanstan daha küçük değer okunmasına neden olur. Bunu engelemek için örneğe ve standartlara iyonlaşma enerjisi küçük başka bir element eklenmelidir. Li, Na ve K bu amaç için kullanılabilinir.

Kimyasal Engellemeler: Atomlaştırıcıda olabilecek kimyasal tepkimeler sonucunda ortaya çıkabilir. Örneğin alevli atomlaştırıcıda oksijen analiz yapılacak elementle reaksiyona girerek kararlı bileşiklerini oluşturabilirler. Oluşan kararlı oksitler sonucunda atom derişimin azalması okunan absorbans değerininde, okunması gerekenden az olmasına neden olur. Bunu engellemek için kullanılan hava-asetien yerine N2O-asetilen alevi kullanılabilir. Diger bir çözüm ise spektroskopik tamponların kullanılmasıdır. Engellemeye neden olan madde bu tamponlşa reaksiyona girerek hataya neden olunmasını engeller

Spektral Engellemeler: Örnekte bulunan iki elementin aynı dalga boyunda ışığı absorblaması sonucunda ortaya çıkan bir engelleme şeklidir. Böylelikle dedektöre ulaşması gerekenden daha az ışık ulaşır buda daha büyük bir absorbans değeri okunmasına neden olur. Örneğin Ge ve Ca ikiside 422.7 nm de, Tb ve Mg 285.2 nm de, Cr ve Os 290 nm de absorbans yapar. Bunu engellemek için analizi yapılacak elementin obür elementle cakışmayan bir dalga boyu kullanılır.

Zemin Engellemeleri: Örnek çözeltisinde bulunan molekül veya radikallarin ışığı absorplaması sonucunda ortaya çıkar. Bu engellemeyi ortadan kaldırmak için oyuk katot lambası ile birlikte sürekli ışık kaynağı yayan döteryum veya halojne lambası kullanılır. Böyece sürekli ışık kaynağından gelen ışığı ortamdaki molekül veya radikaller tarafından absorplanır. Diğer bir yöntem ise Zeeman etkisi adı verilen bu olayda  kuvvetli bir manyetik alan oluşturularak atomun elektronik enerji düzeylerinin yarılaması sağlanır. Böylece elektronik geçiş için bir sürü absorpsiyon hattı oluşur ve bu hatların dalgaboyları birbirinden 0.01 nm kadar farklıdır.

Uygulamalar

AAS eser miktardaki metallerin (ppm,ppb düzeyde) nicel 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. Bu konu ile ilgili deyalı bilgi AAS ile mineral tayini yönteminde verilmektedir.

Arsenik, antimon, kalay, selenyum, bizmut ve kurşun gibi uçucu elementlerin analizi için cihaza hidrür sitemi denilen özel bir sistem yerleştirilir. Bu sistemde elementler gaz halindeki hidrürlerine dönüştürülürler. Hidrür oluşturabilmek için çinko metali ile hidroklorik asit tepkimesi sonucunda elde edilen hidrojen,  analizi yapılacak element ile tepkimeye sokulur.

Civa ise oda sıcaklığında buharlaşan bir element olduğu için civa analizinde ise soğuk buhar yöntemi adı verilen bir sistemde atomlaştırılır. Çözeltiye indirgeyici bir reaktif (Sn2+) eklenerek civa iyonu civa metaline indirgenir. Çözelti içerisinden sabit hızla hava geçirilerek civa buharı kuartz camdan yapılmış absorpsiyon hücresine gönderilir.

AAS ile tayin edilen elementlerin absorpsiyon yaptıkları dalga boyları

Element

Dalgaboyu (λ)nm

Element

Dalgaboyu (λ)nm

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

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

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

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

 

 

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir