Atomik Absorpsiyon Spektrofotometresi

Özet

AAS eser miktardaki metallerin (ppm ve ppb düzeyde) kantitatif 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.

Çalışma İlkesi:

Atomik absorpsiyon spektroskopisinde metallerin çoğu ile az sayıda ametal analiz edilir. Atomik absorpsiyon spektroskopisinde element elementel hale dönüştürüldükten sonra buharlaştırılır ve kaynaktan gelen ışın demetine maruz bırakılır, ışın kaynağından gelen ışınları absorplar.

Çalışma İlkesi:

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

Çalışma İlkesi:

Sulu numune bir alev içine yükseltgen gaz karışımı ile püskürtülür. Bu şekilde 70 kadar element (metal/yarı metal) analiz edilir. Ametallerin absorpsiyon hattı vakum UV bölgeye düştüğünden bu elementler bu metotla analiz edilemez. Metodun hassasiyeti yüksektir. Eser miktarda madde analizi yapılabilir.

Çalışma İlkesi:

Işığı absorplayan atomlarda temel seviyedeki elektronlar, kararsız uyarılmış enerji düzeylerine geçerler ve absorpsiyon miktarı, temel düzeydeki atom sayısına bağlıdır.

Cihazın Bölümleri:

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

Alevli Atomik Absorpsiyon spektrofotometresi

Alevli Atomik Absorpsiyon spektrofotometresi

AAS’de Işık Kaynakları

AAS de ışık kaynaklarının görevi numunedeki atomların absorplayacağı dalgaboyundaki ışınları yaymaktır. Dar çizgiler hem absorpsiyonda hem de emisyonda tercih edilir. Çünkü dar çizgiler spektrumların örtüşmesinden kaynaklanan girişimi azaltır. Elementler çok dar dalga boyu aralığında (~0,002 nm) absorpsiyon yaparlar. Bu nedenle absorpsiyon hattından daha dar emisyon hattı veren bir kaynak kullanılmalıdır. Hidrojen ve tungsten lambası gibi sürekli ışın kaynağı kullanılmasıyla ölçülen absorbans çok küçük olur. Çünkü sürekli ışık kaynakları belli bir aralıkta her dalga boyunda ışın yayarlar. Ve bu ışınların çok azı dar absorpsiyon hatlı atom tarafından absorplanabilir.

Oyuk Katot lambası

Elektrotsuz boşalım lambası

Oyuk Katot Lambası

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 (100-400 V) uygulanır ve lamba içerisindeki asal gazin iyonlaşması sağlanır. Ortamdaki iyon ve elektronlar katoda çarparak yüzeyden metal atomlarını kopararak uyarırlar. Uyarılmış enerji düzeyinde bulunan atom kararsızdır 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.

Oyuklu Katot Lambası

Elektrotsuz boşalım lambası

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

Sürekli Radyasyon Kaynağı Ksenon Lamba

Numune sisleştiriciler Numune Verme

Hidrür oluşturma

As, Sb, Sn, Se, Bi ve Pb gibi elementlerin hidrürlerini oluşturarak analiz etmek gözlenebilme sınırını 10 kattan daha çok azaltır. Bu element çözeltilerine asidik ortamda NaBH4 ilavesiyle uçucu hidrürlerine dönüştürülür. Ve bu şekilde Atomlaştırıcıya gönderilir.

3BH4- +3H+ + 4H3AsO3 3H3BO3+ 4AsH3+3 H2O

Soğuk buhar

Cıva oda sıcaklığında bile buharlaşabilen tek metal olduğundan atomlaşması için atomlaştırıcıya dışarıdan ısı enerjisi verilmesi gerekmez. Bu nedenle özellikle cıva analizi için soğuk buhar yöntemi olarak bilinen bir atomlaştırma yöntemi geliştirilmiştir. Cıva analizi yapılacak çözeltiye Sn+2 eklenerek cıva iyonları metalik hale indirgenir. Civa gaz akımıyla absorpsiyon hücresine gönderilir.

Cıvanın Buhar Basıncı

P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k

at T (K) 315 350 393 449 523 629

Numune Atomlaştırma Absorpsiyon hücresi olarak da adlandırılan

atomlaştırıcının görevi, örnekteki iyonlardan ve moleküllerden analit elementinin temel haldeki atom buharını oluşturmaktır. Bu amaçla alevle atomlaştırma veya elektrotermal atomlaştırma yöntemleri kullanılır.

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

Alevin Yapısı

Alevle Atomlaştırma

Elektrotermal Atomlaştırıcı

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

Elektrotermal atomlaştırıcı

Elektrotermal atomlaştırıcı olarak yandaki grafit fırın adı verilen 2-3 cm

uzunluğunda 1 cm iç çapındaki tüp kullanılır. Bu tüpün her iki yanına

bağlanmış elektrik akımı ile ısıtma yapılır.

Burada numune çözeltisi(50L) 20- 45 s 110 °C de kurutma yapılarak

suyu uzaklaştırılır.

350-1200 °C, 20-45 s de ısıtılarak organik maddeler uzaklaştırılır.

2000-3000 °C, 3-10 s de ısıtılarak atomlaştırılır.

Elektrotermal atomlaştırıcılar düşük miktardaki numunelerde bile yüksek

gözlenebilme sınırlarına sahiptir. Bu yüzden Alevli Atomlaştırıcılara göre

tercih edilir.

AAS ile tayin edilen elementlerin absorpsiyon yaptıkları dalga boyları 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

ICP Atomik emisyon, Alevli Atomik Absorpsiyon ve Grafit fırınlı AAS nin tayin sınırı açısından karşılaştırılması

KAYNAK: Ahmet MAVİ Enstrmental Analiz Ders Sunuları,

“https://ahmetmavi.wordpress.com/ders-notlari-indirme-sayfasi/