Atomik absorpsiyon spektroskopisi veya AAS, farklı malzemelerdeki metalik elementlerin konsantrasyonlarını ölçmek için bir tekniktir.
Analitik bir teknik olarak, bir ışık kaynağından gelen elektromanyetik dalga boylarını kullanır.
Farklı elementler bu dalga boylarını farklı şekilde emecektir. Test edilen herhangi bir malzeme veya sıvıda belirli bir elementin hangi konsantrasyonlarının bulunduğunun bir resmini verir.
Spektroskopi, yayılan enerji ve malzemelerin nasıl etkileşime girdiğinin incelenmesidir. Madde , durumunda bir tür değişiklik yaratacak olan enerjiyi emer .
Atomik kısım, bir ışık kaynağından yayılan enerjiyi emecek olan bir malzemedeki atomları ifade eder.
Bu atomların her biri, enerjiyi soğurma söz konusu olduğunda kendi özelliklerine sahip olacaktır, çünkü her bir element benzersiz bir elektronik yapıya sahiptir.
Bu nedenle, AAS kullanarak, test ettiğiniz elementin bilinen özelliklerine karşılık gelen tanımlanmış bir dalga boyunda emilen ışık miktarına dayalı olarak bir malzemedeki belirli bir element için ölçüm yapabilirsiniz.
Not: AAS’ye atomik absorpsiyon spektrometrisi de denir . Spektroskopi ve spektrometri arasındaki fark, spektroskopinin enerji ve malzemelerin nasıl etkileşime girdiğinin incelenmesidir, spektrometri ise bunu bir ölçüm tekniği olarak nasıl uyguladığınızı ifade eder. Pratik amaçlar için, hangi terimi kullandığınız gerçekten bir fark yaratmaz.
Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi ilk ne zaman kullanıldı?
Bir fenomen olarak, atomik absorpsiyon spektrometrisi ilk olarak 1802’de İngiliz bilim adamı William Hyde Wollaston’ın güneş tayfındaki koyu çizgileri gözlemleyip tanımlamasıyla keşfedildi.
1817’de Alman fizikçi Josef von Fraunhofer, şimdi onun adıyla anılan bu spektral soğurma çizgilerini dikkatlice haritaladı.
Daha sonra bilim adamları Gustav Kirchhoff ve Robert Bunsen’in 1860’taki çalışmalarıyla bir spektrokimyasal analiz teorisi geliştirildi.
Kirchhoff ve Bunsen, ışığı dalga boylarına bölen spektroskopu geliştirdiler.
1930’lara kadar bu teknik daha yaygın olarak kullanılmadı.
Bununla birlikte, kimyasal analiz için modern bir teknik olarak atomik absorpsiyon spektroskopisi, Lancashire doğumlu bilim adamı Alan Walsh’ın Melbourne, Avustralya’daki AAS potansiyeli üzerine önemli makalesini yayınladığı 1955 yılına dayanmaktadır .
Walsh’un atılımı, emisyondan ziyade ışığın emilimini ölçmesi gerektiğinin farkına varmasıyla geldi.
Bu, AAS için yeni tekniklerin geliştirilmesine yol açtı. İlk ticari olarak temin edilebilen enstrümanlar 1960’larda ortaya çıktı.
AAS bu zamandan beri geliştikçe, otomasyon ve bilgisayarlar da dahil olmak üzere yeni teknolojinin sürekli uygulanmasıyla son derece güvenilir bir analitik teknik haline geldi.
Hızlı, hassas, spesifik ve kullanıcı dostudur.
Atomik Absorpsiyon Spektroskopisini neden kullanmalıyım?
AAS, yüksek derecede doğruluk sağlar.
Normalde sonuçlar yüzde 0,5 ila yüzde 5 doğruluk aralığındadır, ancak bu, test ve analiz için belirlenen standartlara bağlı olarak daha da iyileşebilir.
Son derece hassas bir analiz yöntemidir.
Belirli bir malzemede, bir gramın milyarda bir parçasını ölçebilir.
Tıp ve ilaç gibi uygulamalarda AAS, iz toksinler gibi şeyleri tespit ederek uygulamalarda devrim yaratmaya yardımcı oldu.
Bazı sektörlerde, bu yöntem, toprakta bulunan kobalt ve molibden gibi belirli materyallerde insanların daha önce varlığından haberdar olmadığı elementleri tespit edebilmiştir .
Maden ocakları gibi erişilemeyen yerlere ulaşmak için kayaların madenciliğe değer olup olmadığını görmek için test etmek için çok uygun bir tekniktir.
Modern AAS sistemleri, belirli unsurları doğru bir şekilde tespit etmek için nispeten ucuz bir araçtır.
Atomik Absorpsiyon Spektroskopisini ne zaman kullanmalıyım?
Atomik absorpsiyon spektroskopisi, çeşitli proseslerde çok önemli bir bileşen olarak endüstriyel, klinik ve araştırma ortamlarında farklı laboratuvar ve test uygulamalarına sahiptir.
Bu süreçler şunları içerir:
- Kalite kontrol
- Toksikoloji
- Çevresel testler
Bir yöntem olarak, AAS çeşitli malzemelerdeki belirli metallerin içeriğini analiz edebilir.
- Çevresel testlerde nehirler, içme suyu ve deniz suyundaki çeşitli elementlerin konsantrasyonunu ölçebilir .
- Yiyecek ve içecek endüstrisinde , şarap, bira ve meyve içeceklerindeki çeşitli element konsantrasyonlarını ölçebilir ve yiyeceklerdeki kontaminasyon türlerini test edebilir .
- İlaç şirketleri için AAS, ilaç üretiminde ve diğer safsızlıklar için kullanılan katalizör malzemelerinin çok küçük miktarlarını belirleyebilir.
- Endüstride , yeterli miktarda belirli ana elementlere sahip olup olmadıklarını ve bazıları toksik olabilecek çok fazla safsızlık olmadığını kontrol etmek için inceleme ve analiz gerektiren farklı hammaddeler vardır .
- Madencilikte AAS, kazı operasyonlarından önce değerli malzemelerin konsantrasyonunu test edebilir.
- AAS, tarımda , mineral içeriği için bitkileri ve toprakları analiz etmek için kullanılır.
- Metaller ve diğer maddeler petrol ve gaz üzerinde kötü bir etkiye sahip olabilir, bu nedenle petrokimya endüstrisi AAS kullanır.
- Teknik ayrıca atık ve su çıkışında potansiyel olarak tehlikeli unsurların bulunabileceği nükleer endüstride kritik testleri de destekler .
Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi neden önemlidir?
Metaller, çevremizdeki dünyada doğal olarak bulunur ve dünyadaki kimyasal elementlerin yaklaşık dörtte üçü metaldir.
Bazen bir malzemedeki metal içeriği arzu edilir, ancak metaller de kirletici olabilir. Bu nedenle, metalik içeriğin ölçülmesi, birçok farklı işlemin kritik bir parçasıdır.
Atomik absorpsiyon spektroskopisi, uzun yıllardır metalik elementler için malzemelerin analizi için yerleşik bir yöntem olmasına rağmen, bir kıyaslama tekniği olmaya devam etmektedir.
Bunun nedeni, daha az sınırlama ile diğer yöntemlerden daha fazla duyarlılığa sahip olmasıdır.
Bazı sıvı numuneler için doğrudan analiz sağlayabilir.
Ayrıca çok küçük numune boyutlarıyla doğru bir şekilde çalışarak bir test yöntemi olarak hızlı, verimli ve ekonomik olmasını sağlar.
Çeşitli endüstriler ve sektörler, ürünlerinin veya işledikleri malzemelerin yeterince kontaminasyon içermediğinden veya gerçek değerlerini desteklemek için doğru derecede belirli metalik elementler içerdiğinden emin olmak için bu test biçimine bağımlıdır.
Klinik analizde AAS, tam kan, plazma, idrar, tükürük, beyin ve kas dokusu, karaciğer ve saçtaki metalleri test edebilir.
Atomik absorpsiyon spektroskopisinin paha biçilmez destek sağlayabileceği bir örnek , balıklardaki cıva seviyelerini ölçmektir. Cıva insanlar için toksiktir, ancak çevrede metalik bir element olarak bulunur. Bu, besin zinciri için potansiyel bir tehlike oluşturur.
Cıva, enerji santralleri, metal işleme ve çimento üretimi gibi çeşitli süreçlerden kaynaklanan bir kirletici olabilir. Bu cıva hava kirliliği daha sonra nehirlere, göllere ve okyanuslara doğru yol alır.
Biyomagnifikasyon olarak bilinen bir süreç , ton balığı, kılıç balığı ve köpekbalığı gibi yırtıcı balıklarda metil cıva seviyelerini oluşturur. Ayrıca bazı kabuklu deniz ürünlerinde de bulunabilir. Metil civa insanlar için toksiktir.
Atomik absorpsiyon spektroskopisinin gelişmiş yeteneklerini kullanarak balık örnekleri hızlı ve doğru bir şekilde test edilebilir.
AAS, dünya çapında evrensel olarak tanınan bir analiz yöntemidir ve bilimsel araştırmalarda önemli bir araçtır.
Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi nasıl çalışır?
Elementler bir elektromanyetik spektrumda bulunur ve atomları, belirli özellikleriyle ilgili ışığın dalga boylarını emer.
Atomik absorpsiyon spektroskopisi işlemi sırasında, bu atomlar belirli bir dalga boyunda elektromanyetik radyasyonu emecektir. Bu ölçülebilir bir sinyal üretir.
Bu sinyallere bakarak, test edilen malzemede belirtilen metallerin milyon başına parça veya ppm seviyelerini belirlemek mümkündür.
Bu sinyalleri yaratan nedir?
Bir atomun içinde çeşitli enerji seviyelerinde elektronlar vardır. Spektroskopi işlemi sırasında, enerjinin emilmesi elektronları daha enerjik bir seviyeye taşır.
Elektronların emdiği ışıma enerjisi, bu işlem sırasında meydana gelen geçişle doğrudan ilişkilidir. Atomlar ışığı uyarılmış halde emer. Atomik absorpsiyon, bir atom bulutundan geçen ve onlar tarafından emilen rezonans dalga boyundaki ışık miktarını ölçer.
Uyarılmış elektronlar tekrar gevşemeye başladığında, foton şeklinde enerji yayarlar.
Her elementin kendine özgü elektronik yapısı vardır. Bu nedenle, emilen radyasyon , her bir elementin benzersiz bir özelliğini temsil eder.
Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi neyi ölçer?
Bir malzemede bulunan belirli bir elementin miktarı, spektroskopi işlemi sırasında emilen ışık miktarı ve yayılan enerji ölçülerek belirlenir.
Işığın bu dalga boylarında, absorpsiyondan önce ve sonra meydana gelen değişiklikler, bir okumada enerji absorpsiyonunun tepe noktaları olarak görünecektir.
Bu atomik absorpsiyon spektroskopisidir ve malzeme ve sıvılardaki metal konsantrasyonunu ölçmek için kullanılır.
Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi hangi elementleri ölçebilir?
Bir atom, benzersiz bir elektron konfigürasyonuna sahip olduğu için, kendine özgü dalga boyları modeli aracılığıyla enerjiyi emecektir.
Atomik absorpsiyon spektroskopisi, bu benzersiz konfigürasyonlara dayalı olarak bir malzemedeki bilinen elementleri ölçebilir.
Bu elementlerin hepsi metaliktir. Periyodik tabloda , belirli ortak özelliklere sahip elementlerdir:
- Metaller, ısı ve elektriği iyi iletme eğilimindedir.
- Çoğu metalin yoğunluğu yüksektir ancak levhalara ayrılabilir.
- Çoğu metal deniz suyuna veya havaya maruz kaldığında paslanır
- Parlak ve sünek olabilirler, yani onları tel haline getirebilirsiniz.
- Merkür hariç, oda sıcaklığında katı bir halleri vardır.
- Çoğu metal reaksiyona girdiğinde elektron kaybeder
Oksijen ve klor gibi metal olmayanlara kıyasla metal olan daha fazla element vardır.
Atomik absorpsiyon spektroskopisinin ölçebileceği metalik elementlerin bir listesi, parantez içinde periyodik tablo sembolleri ile gösterilmiştir:
- Alüminyum (Al)
- Antimon (Sb)
- Baryum (Ba)
- Arsenik (As)
- Berilyum (Ol)
- Kadmiyum (Cd)
- Kalsiyum (Ca)
- Krom (Cr)
- Kobalt (Ko)
- Bakır (Cu)
- Geçiş (Gu)
- Radyum (Hf)
- İndiyum (In)
- Demir (Fe)
- Kurşun (Pb)
- Lityum (Li)
- Magnezyum (Mg)
- Manganez (Mn)
- Cıva (Hg)
- Molibden (Mo)
- Nikel (Ni)
- niyobyum (Nb)
- Osmiyum (Os)
- Potasyum (K)
- Rutenyum (Ru)
- Gümüş (Ag)
- Sodyum (Na)
- Stronsiyum (Sr)
- Talyum (Tl)
- kalay (Sn)
- Tungsten (W)
- Vanadyum (V)
- çinko (Zn)
- Zirkonyum (Zr)
Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi neden metallerle sınırlıdır?
AAS’nin bor ve silikon gibi bazı yarı metaller üzerinde bir ölçüm tekniği olarak çalıştığı bilinmesine rağmen, metaller en iyi sonucu verir.
Bunun en önemli nedeni metal elementlerdeki atomların daha kolay okunabilmesidir.
AAS’nin etkili olması için, bir malzemedeki atomların izole olması ve moleküllerden kaynaklanan olası kirletici çizgilerden arınmış olması gerekir.
Metaller genellikle parlak ve net bir şekilde oluşan dar, tek emisyon ve absorpsiyon hatlarına sahiptir.
Bu, atomik absorpsiyon spektroskopisinin gerektirdiği seçici algılamaya izin verir.
Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi yıkıcı mı?
Atomik absorpsiyon spektroskopisinde yer alan süreçler, nihayetinde numune için yıkıcı olduğu anlamına gelir.
Numune önce bir atomik gaza dönüştürülmeli ve ardından AAS kullanılarak analiz edilmelidir.
- Sıvı numuneler için bu, buharlaşmayı içerir.
- Katı numuneler buharlaştırılır
- Daha sonra herhangi bir bileşik serbest atomlara parçalanmalıdır ve bu süreç atomizasyondur .
Ancak, AAS’nin çalışması için yalnızca küçük bir örneklem boyutu gerekir.
Bu, 10 miligram kadar küçük olabilir ve genellikle çıkarıldığında çok az hasara neden olur.
Atomik Absorpsiyon Spektrometrisininin temel bileşenleri nelerdir?
Atomik absorpsiyon spektrometrisini gerçekleştirmek için üç ana bileşene ihtiyacınız vardır:
- Bir ışık kaynağı
- Örneklemekte olduğunuz hücre
- Numunenin emeceği ışığı ölçmenin bir yolu.
Bir buhara dönüştürüldüğünde, numune atomize edilir. Daha sonra içinden bir elektromanyetik ışın demeti geçer. Numune bu radyasyonun bir kısmını emecektir.
AAS, ölçülmekte olan elementin atom sayısıyla orantılı olarak absorbe edilen ışık miktarını ölçer.
Numuneyi atomize etmenin iki yolu vardır:
- Alev aspirasyonu , çözeltinin çoğunun buharlaştığı bir aleve emilmesini içerir.
- Numunenin içi boş bir tüpe yerleştirildiği ve ısıtıldıktan sonra tamamen buharlaştırıldığı elektrotermal atomizasyon .
Buharlaştırmadan sonra numune ölçüm için hazır hale gelir.
Numunenin hazırlanması, tartılmasını ve ardından bir çözeltiye seyreltilmesini gerektirir.
Çoğu durumda, buharlaştırma, orijinal kimyasal yapısından bağımsız olarak numuneyi serbest atomlara dönüştürecektir.
AAS işlemi ayrıca , test ettiğiniz elementin bilinen konsantrasyonlarda önceki ölçümlerine dayalı olarak konsantrasyonunu belirlemeye yardımcı olacak bir kalibrasyon eğrisi çizmeniz gerekir.
Spektrometre olarak bilinen ölçüm aleti, belirtilen madde için kalibre edilir. Bu kalibrasyon, örneğin ne kadar konsantre olduğuna bağlı olarak yeniden ölçeklenebilir.
AAS’de kullanılan normal ışık kaynağı, içi boş bir katot lambasıdır . Bu tip lamba, analiz edilen elementten yapılmış içi boş bir katot ve bir anot elektrotu içerir.
Gaz halindeki iyonlar, metal iyonlarını çıkaran katodu bombalar. Katot, yayılan bu iyonların çoğunu bir kuvars penceresinden geçen bir ışına yoğunlaştırır.
Genellikle, atomik absorpsiyon spektrometreleri, farklı elementler için birkaç farklı lambaya sahip olacaktır.
Bazı elementlerde, AAS işlemi sırasında arka planda ışık kaynağının bir kısmını emen diğer atomlardan veya moleküllerden gelen okumaların kontaminasyonunu önlemek için ihtiyati tedbirler almak gerekir.
Bir yöntem, iki ışık kaynağı kullanmaktır, bir katot lambası ve bir döteryum lambası, geniş bant radyasyonu üretir ancak spesifik spektral çizgiler üretmez.
Operatör, iki lamba arasında dönüşümlü ölçümler yaparak, yalnızca analiz için gereken rakamları bırakarak toplam okumalardan arka plan absorpsiyon miktarını çıkarabilir.
Spektrometre ayrıca bir monokromatör içerir . Bu, belirli bir dalga boyunu veya spektral çizgiyi seçen ve ileten optik bir cihazdır.
Katot lambasından elemente uygun spesifik ışığı seçer ve bir dedektöre yönlendirir.
Bu , ışığın yoğunluğuyla orantılı bir elektrik sinyali üretir .
Bir kontrol biçimi olarak, bir çift ışın spektrometresi ışını böler. Bir ışın yalnızca referans amaçlıdır, absorbans sıfıra ayarlıyken diğeri atom hücresinden geçer.
Hem ışık kaynağını hem de referans ışınını sürekli izleyerek, ışık kaynağının yoğunluğu her zaman sabit kalmayabileceğinden, spektrumun hassasiyet kaybı yaşamamasını sağlayabilirsiniz.
Atomik Absorpsiyon Spektroskopisini gerçekleştirmek için hangi ekipman kullanılır?
Atomik absorpsiyon spektroskopisini gerçekleştirmek için gerekli çeşitli temel ekipman parçaları vardır:
- Püskürtmek
- Işık kaynağı
- spektrometre
- dedektör
Spektrometre aslında tüm bu unsurları içeren bir sistemdir.
Tipik olarak şunları içerecektir:
- Fırın ve alev
- Püskürtme odası
- aynalar
- Katot lambası ve lamba karuseli
- Döteryum (D 2 ) lambası
- Işın seçici
- foton dedektörü
Numune hazırlama için otomatik seyreltici sistemleri ve sürekli akışlı buhar üretim sistemleri gibi temel AAS ekipmanını desteklemek için çeşitli aksesuarlar da vardır.
Analiz edilecek atomların bir gaz fazında olması gerektiğinden, işlem için ısı uygulanması esastır.
AAS’de kullanılan Fırın grafitten yapılmıştır . Grafit tüp şeklindedir. Bu, numunenin kimyasal bağlarını kırmak için termal enerji üretir ve analiz için serbest atomlar üretir.
Bu işlemin üç adımı vardır:
- Çözücüyü numuneden uzaklaştıran kurutma
- Herhangi bir organik ve inorganik materyali ortadan kaldıran külleme
- Serbest atomları üreten atomizasyon.
Alev , genellikle yarık tipi bir brülördür ve sıvıları analiz etmek için kullanılır . Bir gaz oluşturmak için onları buharlaştırır.
Püskürtme odası , aspire edilen ve ardından damlalar halinde uygulanan numuneyi aleve sokar.
Aynalar , katottan ve D2 lambalarından gelen ışık ışınlarını yönlendirir ve ışın seçici , ışını bileşen dalga boylarına böler.
Foton dedektörü , fotonlardaki ışığı sayar. Fotonlar, bir elektromanyetik alandaki ışığın olası en küçük parçacığı olan temel parçacıklardır.
AAS gerçekleştirmek için ekipmanla birlikte, sistem doğru türde destekleyici yazılım gerektirir .
Bu yazılım, hassas cihaz kontrolünü ve prosesin ürettiği verilerin elde edilmesini, manipüle edilmesini ve yorumlanmasını sağlar.
Atomik Absorpsiyon Spektroskopisinin faydaları nelerdir?
Analitik bir teknik olarak AAS’nin birkaç açık faydası vardır:
- Doğrudur, tipik olarak yüzde 0,5 ila yüzde 5 aralığında sonuçlar üretir
- Bir algılama yöntemi olarak, inanılmaz derecede hassastır, milyonda parça (ppm) olarak ölçülür.
- Atomlarının benzersiz ışık emici nitelikleri nedeniyle belirli elementleri analiz edebilir.
- AAS, 65’ten fazla elementin konsantrasyonlarını belirleyebilir.
- İyi belgelenmiş protokollere dayanan nispeten basit bir süreçtir.
- AAS, yüksek bir numune hacmine izin verir
- Diğer analitik tekniklerle karşılaştırıldığında ucuzdur.
- AAS, çevre, kimya, petrokimya, yiyecek ve içecek ve ilaç dahil olmak üzere çok çeşitli endüstrileri ve sektörleri desteklemektedir.
Çeviri Makale Linki: hscimed.co.uk/education/what-is-atomic-absorption-spectroscopy-aas/