Spektrofotometre Nedir

[Danel Potvin]

Gneşışığı veya bir tungsten lambadan saılan ışık, insan gznn beyaz olarak tanımladığı, farklı dalga boylarındaki ışık enerjilerinin bir karışımıdır. İnsan gz, yaklaşık 380 750 nm arasında dalga boylarına sahip olan ışık enerjilerine cevap verebilmektedir.

Grnr spektrumda mavi rengi soğuran bir made sarı renkli, sarı rengi soğuran bir madde mavi renkli grnr. Yeşil rengi soğuran bir madde kırmızı renkli, kırmızı rengi soğuran bir madde yeşil renkli grnr.

Madde tarafından abzorbe edilen renkler ile maddenin grnr rengi, tamamlayıcı renkler olarak adlandırılır. erisinde organik molekller bulunan bir zeltiden UV grnr blge ışınları geerse, zelti bu ışınların bir kısmını seimli olarak soğurur (absorpsiyon), diğerlerini ise ok az soğurur veya olduğu gibi geirir (transmisyon).

Spektrofotometre, molekler biyolojide sıka kullanılan bir eşit fotometredir. zelti ieriğindeki maddenin miktarının bulunmasında kullanılır. Temel mantığı, hazırlanan zeltiden belirli spektrumlarda ışık geirilmesi ve bu ışının ne kadarının zelti tarafından absorblandığını (soğurulduğunu) bulması esasına dayanır. zeltinin ierdiği madde miktarı ne kadar fazla ise daha fazla ışın, zelti tarafından soğurulur. Spektrofotometre, zeltinin iinden geebilen (zelti tarafından absorblanmayan) ışığın yoğunluğu tespit ederek zelti ieriğindeki aranan maddenin miktarı hakkında kantitatif bilgi verir. rneğin, farklı sıcaklıklarda bakterilerin gelişiminin gsterilmesi iin eşitli ortamlara bırakılan bakteriler daha sonra zeltiler iinde teker teker spektrofotometre ile lldğnde bakterilerin fazla olduğu rnekte daha fazla absorblanma gzlenecektir. Dolayısıyla bu da bize ortamdaki sıcaklığa bağlı bakteri byme hızı ile ilgili bilgi verir. Sonuta, daha fazla bakteri daha fazla madde demektir ve bu da absorbsiyonun daha fazla olması anlamına gelir.

Cihazın ışık kaynağının trne gre yapılan lmler farklılık kazanmakla beraber, lm yapılacak madde sayısı da ok fazladır. llen madde sıvı ya da gaz olabilir. Işık geirgenliğine sahip katılarda da lm yapılabilir. Buna en iyi rnek optisyenlik alanıdır. Kullanım alanı ok geniş olan cihazın en ok karşılaştığımız bilim dallarını aşağıdaki gibi sıralayabiliriz.

Spektrometre (spektrofotometre, spektrograf veya spektroskop) ya da tayfler, elektromanyetik spektrumun belirli bir blm zerinde ışığın zelliklerini lerek spektroskopik analiz yntemiyle materyalleri belirlemek iin kullanılan bir aratır.[1] llen değişken oğunlukla ışığın yoğunluğudur ancak ışığın polarizasyon durumuna da bakılabilir. Bağımsız değişken ise genellikle ışık dalga boyu veya foton enerjisi ile doğrudan orantılı bir birimdir; dalga sayısı ya da elektron volt gibi. Spektrometre spektral izgiler retmek ve dalga boyları ve yoğunlukları lmek iin spektroskopi amacıyla kullanılır. Spektrometre gamma ışınları ve X-ışınlarından uzak infrared ışınlarına kadar ok geniş bir dalga boyu aralığı zerinde alışılan aralar iin kullanılan bir terimdir. Alet nispi birimler yerine mutlak birimlerin spektrumunu lmek iin tasarlanmış ise o zaman spektrofotometre olarak adlandırılır. Spektrofotometrelerin oğunluğu grlebilir spektrum ve yakın spektral blgelerinde kullanılmaktadır.

Genel olarak, belli bir alet spektrumun farklı kısımlarını lmek iin kullanılan eşitli teknikler nedeniyle bu toplam aralığının kk bir blm zerinde alışacaktır. Optik frekansların altında (mikrodalga ve radyo dalgalarında olduğu gibi) lm iin spektrum analizr zel elektronik bir cihazdır.

Spektrometreler oğunlukla astronomi ve bazı kimya dallarında kullanılmaktadır. İlk spektroskoplar sadece ışık dalga boylarını kademeli olarak işaretleyen prizmalardan oluşuyordu. Modern spektrometreler ise genellikle tm otomatik ve bir bilgisayar tarafından kontrol edilen bir sapma lm şebekesi (kırılma ızgarası), hareketli bir yarık ve fotodedektrden oluşmaktadır.

Joseph von Fraunhofer bir prizma, kırınım yarığı ve teleskobu birleştirerek ilk modern spektroskobu geliştirdi.[2] Bylece spektral znrlk artışı sağlayan ve diğer laboratuvarlarda da yeniden retilebilen bir alet elde etti. Gustav Robert Kirchhoff ve Robert Bunsen, kimyasal analizlerde spektroskopların uygulanmasını keşfettiler. Sezyum ve rubidyumu bu yaklaşımla buldular.[3][4] Kirchhoff ve Bunsen ayrıca Fraunhofer izgileri de dhil olmak zere yıldız spektrumlarının kimyasal aıklamasını yaptılar.[5]

AR-GE ve kalite kontrol aşamalarına ynelik safsızlık analizleri, ağır metal, etken madde, organik solvent ve kalıntı solvent miktar tayini, temizlik validasyonu, znrlk alışmaları, kristal yapı taraması, stabilite testleri, stereoizomer analizleri ile friabilite, viskozite, dağılma, yoğunluk gibi fiziksel testler; GMP alanlarında kontaminasyon kontrol iin gvenilir zmler...

Gıdalarda vitamin ve aminoasit analizleri, gıda katkılarının ve pestisit kalıntılarının miktar tayini, gıda ambalajlarında renk ve daha birok uygulama alanında geniş kapsamlı analitik zmler...

Dnyanın en nemli kaynaklarının korunması iin verimlilik, hassasiyet ve yasal gerekliliklerle ilgili ihtiyalarınızı karşılamanın da tesinde aşmanızı sağlayacak cihazlar, aksesuarlar ve yazılımlar gerekmektedir.

Yasaklı ila analizleri, tarama, iz seviyede analizler, adli farmakoloji, adli toksikoloji, yeni doğan tarama testleri, immunospresif ila, organik asit analizlere ynelik analitik cihazlar ve zmler...

Kozmetik rnleri, kişisel bakım rnleri, temizlik rnleri, dezenfektanlar, biyolojik yakıtlar, boya, pigment, mrekkep, endstriyel gaz, kağıt, petrol rafinerisi, kaplama, petrokimya, polimer, kauuk, reine, plastik, işlenmiş metaller vb. rnlere ynelik analitik cihaz ve zmler...

RoHS, ELV, REACH gibi yasal testler, Li-iyon piller, diğer piller, fotovoltaik piller, yarı-iletkenler, elektronik paralar ve elektronik kartlar gibi elektronikle ilgili birok uygulama alanına ynelik analitik cihaz ve zmler...

Karbon nanotplerde aığa ıkan gaz analizleri, gzlk camı lenslerindeki yansıma nleyici kaplamaların lm, uucu kllerdeki anorganik bileşenlerin analizi gibi birok farklı uygulamaya ynelik analitik cihaz ve zmler...

Egzos gazı analizleri, otomobil boyalarının kalite kontrol, motor yağı analizleri, biyodizel analizleri ve elektriksel bileşenlerin analizleri gibi birok uygulamaya ynelik analitik cihaz ve zmler...

Spektrofotometreler tarafından kullanılan temel lm prensibi nispeten basit ve anlaşılması kolaydır. Bu ierikte, katı numuneler ve zelti (sıvı) numuneleri iin ayrı ayrı geerli olan prensipler aıklanmaktadır:

Yukarıdaki aıklamadan, bir spektrofotometrenin vazgeilmez unsurlarının Şekil 3'te gsterildiği gibi bir ışık kaynağı, bir spektrometre, bir numune blmesi ve bir dedektrden oluştuğunu greceksiniz. Bir nceki blmde numunenin monokromatik ışığa maruz kaldığını belirtmemize rağmen, spektrometreye gemeden nce numuneden beyaz ışığın getiği cihazlar bulunmaktadır. Bu yntem, dizi (array) dedektrleri kullanan yksek hızlı fotometri cihazlarında kullanılır. Sonraki blmlerde her bir ğenin aıklamasına yer verilecektir.

3. Işık Kaynağı

Tm bu zelliklere sahip ışık kaynakları olmamakla birlikte şu anda en ok kullanılan ışık kaynakları, grnr ve kızıl tesine yakın blgeler iin kullanılan halojen lambalar ve ultraviyole blge iin kullanılan dteryum lambalardır. Bunların dışında bazen ksenon flaş lambaları da kullanılmaktadır.

Şekil 3. Spektrofotometre Konfigrasyonu

Işık yayma prensibi, standart bir akkor ampulle aynıdır. Bir filamente elektrik akımı verilir, filament ısınır ve ışık yayılır. Halojen lambadaki ampul, inert gaz ve az miktarda halojen ile doldurulur. Filament olarak kullanılan tungsten yksek sıcaklıktan dolayı buharlaşırken, halojenr tungstenin filamente dnmesine neden olur. Bu, uzun mrl parlak bir ışık kaynağı oluşturmaya yardımcı olur. Bir halojen lambanın emisyon yoğunluğu dağılımı Planck'ın radyasyon yasası kullanılarak tahmin edilebilir. Şekil 4, 3.000 K'lik bir sıcaklık iin emisyon yoğunluğu dağılımını gstermektedir. Halojen lamba, stm geici kararlılık, yaklaşık 2.000 saat kullanım mr ve nispeten dşk bir maliyet sağlar. Yukarıda bahsedilen a) ila d) zelliklerinin her birinin nispeten yksek seviyelerine sahiptir.

Şekil 4. Halojen Lambanın Emisyon Yoğunluk Dağılımı

Dteryum lambası, ampuln birka yz paskal basınta dteryum (D2) ile doldurulduğu bir deşarj ışık kaynağıdır. Şekil 5, dteryum lambası iin emisyon yoğunluğu dağılımını gstermektedir. Genelde 400 nm, uzun dalga boyu ucunda yaklaşık bir kullanım limiti olmasına rağmen, bu utaki zayıflama derecesi olduka dşk olduğundan, 400 nm'den byk dalga boylarına sahip ışık kullanılır. 400 nm'nin tesindeki blgede, ok sayıda parlak izgi spektrumları da vardır. Bunlar arasında, 486.0 nm ve 656.1 nm'deki parlak izgi spektrumları zellikle yoğundur ve spektrofotometrelerin dalga boyu kalibrasyonu iin kullanılabilir. Kısa dalga boyu ucundaki kullanım limiti, pencere malzemesinin geirgenliği ile belirlenir. Şekil 5'te pencere malzemesi iin sentetik silika ve UV camın kullanıldığı durumlara ait grafikler rnek olarak verilmiştir.

Şekil 5. Dteryum Lambanın Emisyon Yoğunluk Dağılımı

Şekil 9, standart bir numune kompartımanının (blmesinin) bir rneğini gstermektedir. İki ışık demetinin (Şekil 9'da kırmızı oklarla gsterilen) blmeden getiğini ve bu nedenle bunun bir "ift ışınlı (double-beam) spektrofotometre" cihazının numune blmesi olduğunu grebilirsiniz. Spektrometreden ıkan tek renkli ışık, numune blmesine girmeden nce iki ışına blnr. Numune blmesinden yalnızca bir ışının getiği bir spektrofotometre "tek ışınlı spektrofotometre" olarak adlandırılır.

Standart bir konfigrasyonda, numune blmesi, Şekil 9'da gsterildiği gibi, optik yol uzunlukları 10 mm olan kare kvetleri tutan kvet tutucuları ierir. Bu kvet tutucu birimleri değiştirilerek veya tm numune blmesi değiştirilerek eşitli aksesuarlar takılır. Daha sonra dedektr olarak tanımlanacak olan, fotomultipler kullanan orta veya daha yksek sınıftaki spektrofotometreler arasında, byk numunelerin analizine veya byk aksesuarların takılmasına olanak vermek iin geniş numune blmelerinin bulunduğu modeller bulunmaktadır.

Şekil 9. Numune Kompartımanı

3a8082e126