Moleküler floresans spektroskopisi yöntemini kullanarak madde miktarı tayinini yapılır.

Spektroskopi elektromanyetik dalga ile moleküllerin etkileşmesini inceleyen atomların elektronik yapılarını tayin etmede kullanılan deneysel tekniklerin en önemlisidir. Spektroskopi dallarından olan moleküler floresans ve fosforesans spektroskopisi birbirlerine çok benzemektedir. Bu iki spektroskopi dalı da madde üzerine gelen elektromanyetik ışıma ile uyarılması ve temel haldeki elektronların uyarılmış enerji düzeyine geçmesi ve sonra bu halde kararlı kalamadıklarından tekrar temel enerji düzeyine geri dönerken ortama verdiği ışımanın ölçülmesi ilkesine dayanmaktadır.

  • Çeşitli dalga boylarında ışın içeren bir demet şeffaf bir ortamdan geçirilirse içinden bazı dalga boylarının kaybolduğu görülür. Bu olaya “absorbsiyon” denir.

Absorbsiyonla ışın enerjisi maddenin iyon, atom veya moleküllerine aktarılır. Böylece ışın enerjisini absorplamış olan iyon, atom veya moleküller uyarılmış hale geçerler. Uyarılmış bir atom veya molekül 10-8 saniye kadar yaşayabilir. Absorpladığı enerjiyi geri vererek tekrar eski hale döner.

  • Bir molekül yüksek enerji düzeyinden daha düşük enerji düzeyine geçiş yaparken sahip olduğu fazla enerjiyi foton olarak yayar. Bu olaya “emisyon” denir.

Uyarılmış Halden Temel Hale Dönüş

 

Uyarılmış halden temel hale dönüş ışımasız durulma ve lüminesans olmak üzere iki şekilde gerçekleşir.

  • Işımasız durulmanın iki çeşidi vardır. İç geçiş ve titreşimsel durulma. İç geçişte uyarılmış bir molekül yüksek elektronik düzeyinin en alt titreşim düzeyinden daha düşük enerjideki başka bir elektronik düzeyin üst titreşim düzeyine geçmesidir. İç geçişler 10-11 10-9 saniyeler arasında gerçekleşir.  Titreşimsel durulma, titreşimsel olarak uyarılmış moleküllerin aşırı enerjisini çözücü moleküllerine aktarmasıdır. Bu olay 10-12 -10-10 saniyeler arasında gerçekleşir.
  • Lüminesans, herhangi bir cismin dış bir kaynaktan herhangi bir şekilde aldığı enerjinin bir kısmını kısa süreli olarak daha uzun dalga boylarında elektromanyetik ışınım olarak salmasıdır.
  • Uyarılma olayı atom veya molekülün fotonları absorplaması sonucu gerçekleşiyorsa gözlenen ışık emisyonuna fotoluminesans denir.
  • Floresans soğuk cisimlerde moleküler fotonun yutulmasının daha uzun bir dalga boyunda diğer bir fotonun yayılmasını tetiklemesiyle gerçekleşen ışık verme (ışıma) olayıdır.
  • Fosforesans , lüminesans olayının floresansa göre daha üzün sürede meydana geldiği durumdur.
  • Rezonans Floresansı floresans dalga boyu, uyarma ışığınınki ile aynı olduğu durumdur.
  • Kemilüminesans uyarmayı sağlayan enerjinin kimyasal tepkimelerle elde edildiği durumdur.

 

Floresans ve Fosforesans

 

Floresans basit veya karmaşık gaz, sıvı ve katı kimyasal sistemlerde meydana gelir. Floresansın en basit tipi, seyreltik atomik buharların gösterdiği floresanstır. Örneğin, buhar halindeki sodyum atomlarının 3s elektronları, 589,6 ve 589 nm lik dalga boylarındaki ışınların absorpsiyonu ile 3p enerji seviyesine uyarılabilir. 10-5 – 10-8 s sonra, elektronlar temel duruma geri döner ve her yöne doğru, aynı iki dalga boyunda ışın yayar. Frekansta değişiklik olmaksızın absorplanan ışının yeniden yayılmasını kapsayan floresansın bu tipi rezonans ışıması veya rezonans floresansı olarak bilinir. Floresans ömrü floresans maddenin uyarılmış durumda kalma süresine denir.

Birçok moleküler tür, rezonans floresansı da gösterir. Bununla beraber çok sık olarak, moleküler floresans veya fosforesans bantları rezonans çizgisinden daha uzun dalga boylarında merkezlenmiş olarak bulunur. Bu uzun dalga boylarına veya düşük enerjilere kayma stokes kayması olarak ifade edilir.

Uyarılmış elektronik; halin enerji kaybetmesi, fosforesans yoluyla da olabilir . Triplet bir halde sistemler arası geçişten, sonra, iç veya dış dönüşüm veya fosforesans ile biraz daha sönüm olabilir. Bir triplet à singlet geçişi singletàsinglet dönüşümüne göre çok daha az mümkündür; bu nedenle, uyarılmış triplet halin ortalama ömrü, emisyona göre 10-4 s’den 10s‘ ye veya daha fazla süreye kadar olabilir. Böylece, böyle bir geçişten kaynaklanan emisyon, ışınlanma kesildikten sonra biraz daha sürebilir.

Elektron Spini

Pauli dışarlama prensibi, bir atomdaki iki elektron için dört kuantum sayısının hepsinin birden aynı olamayacağını belirtir. Bu sınırlama, bir orbitalde iki elektrondan daha fazla elektron bulunmamasını ve ayrıca iki elektronun da zıt spinli olmasını gerektirir. Bu şartlar altında, spinler eşleşmiştir. Spin eşleşmesi sebebiyle, moleküllerin çoğu net manyetik alan göstermez ve bu yüzden diamanyetik olarak adlandırılır. Yani bunlar, durgun manyetik alan tarafından ne çekilir ne de itilirler. Buna karşılık, eşleşmemiş elektronlar içeren serbest radikallerin bir manyetik momenti vardır ve bunun sonucu olarak bir manyetik alan tarafından çekilir. Bu yüzden serbest radikaller paramanyetik olarak adlandırılır.

Kuantum Verimi

Floresans veya fosforesans için kuantum verimi veya kuantum verimi oranı basit olarak lüminesans yapan moleküllerin sayısının toplam uyarılmış molekül sayısına oranıdır. Floresein gibi oldukça floresans bir molekül için bazı şartlar altındaki kuantum verimi bire yaklaşır. Önemli derecede, floresans yapmayan kimyasal türler sıfıra yakın verimlere sahiptir.

Floresans ve Fosforesansı Etkileyen Değişkenler

 

Bir maddenin lüminesans yapıp yapmayacağına, hem moleküler yapı hem de kimyasal çevre etki eder; lüminesans olurken bu faktörler, emisyon şiddetini de belirler.

  • Yapı: En şiddetli floresans içinde aromatik halkalar bulunan sistemlerdedir.
  • Yapısal rijitlik: Molekül yapısı rijitse floresansı artar.
  • pH: Asit veya baz grubu içeriğine göre aromatik bileşiklerin pH ile birlikte floresansı değişir.
  • Sıcaklık ve Çözelti: Bir çok molekül için floresans kuantum verimi sıcaklık arttıkça azalır. Sıcaklığın yükselmesi moleküllerin çarpışmasını arttırmasından dolayı floresans ışımasını azaltır.

 

Çözücünün polarlığının artması da floresansı arttırır. Ağır atom içeren çözücülerin kullanılması da triplet oluşum olasılığını arttıracağından floresans şiddeti azalır.

  • Çözünmüş oksijen: Genellikle floresans şiddetini azaltır.
  • Gelen ışığın dalga boyu ve şiddeti: Floresansı oluşturan ışığın dalga boyunun alt sınırı 250 nm’dir. Gelen ışığın şiddetinin artması floresansı arttırır.
  • Konsantrasyon: Floresans şiddeti çözelti içindeki floresant maddenin konsantrasyonuyla orantılıdır. Bu yöntem yüksek duyarlılığa sahip olduğu için çok seyreltik çözeltilerle madde miktarı analizi yapmak mümkündür.

Kırınım ağı nedir ne işe yarar?

Bir cismin dalga hareketi ile hareket ettiğini söyleyebilmek için cismin kırınım, girişim, kutuplanma, kırılma, yansıma gibi fiziksel olaylara sebep olduğunu gözlemlemek gerekir. Bu olaylar gözlenebiliyorsa o zaman dalga hareketinden söz edilir. Görünür(optik) ışığın dalgalar biçiminde hareket ettiği 1800’ lerin başından itibaren yapılan girişim, kırınım ve kutuplanma deneyleri ile anlaşılmıştır. Özellikle ışığın kırınımının incelenmesi görünür bölgedeki ışığın dalgaboyu ve frekansının hesaplanmasını sağlamıştır. Işığın kırınımı şu şekilde ifade edilebilir: bir ışık demeti dar bir yarıktan(ışığın dalga boyunun bir kaç katı genişlikte) ya da keskin-kenarlıi(jilet gibi) bir engelden geçmeye zorlandığında dalgalara has olan girişim ve kırınım özelliklerini gösterir, yani engelin köşelerini dönerken bükülür ve deliklerden geçtikten sonra her yönde yayılır. Dalgalardaki kırınım ve girişim farklı dalgaların aynı anda aynı noktada üst üste gelerek birbirini güçlendirmesi veya zayıflatmasının sonuçlarıdır.

Işığın kırınımında kullanılan kırınım ağı ışığı geçirmeyen düzlemsel bir madde üzerinde ışığın geçebileceği birbirine çok yakın yarıklar oluşturularak üretilebilir. Kırınım ağından ışık demeti geçirilerek elde edilen kırınım deseni ışığın farklı dalga boylarının incelenmesi için çok yararlı bir araç olarak kullanılabilir. Tek bir dalga boyu ile yayılan(monokromatik) bir ışık demetinin Işığın kırınımında kullanılan kırınım ağı ışığı geçirmeyen düzlemsel bir madde üzerinde ışığın geçebileceği birbirine çok yakın yarıklar oluşturularak üretilebilir. Kırınım ağından ışık demeti geçirilerek elde edilen kırınım deseni ışığın farklı dalga boylarının incelenmesi için çok yararlı bir araç olarak kullanılabilir.

Fotonun dalga boyu arttıkça enerjisi azalır. Bu durumdan yola çıkılarak ışık dalga boyu spektrumu sayı doğrultusunda sağ tarafa gidildikçe enerji artar. Planck’ın ortaya koyduğu

E= h*c/λ formülünden yola çıkılarak dalga boyu olan λ ile enerji arasında ters orantı olduğunu söyleyebiliriz.

deney düzeneği

deney düzeneği

KAYNAKLAR

1-http://answers.yahoo.com/question/index?qid=20081030163449AAPdmBg

2- http://tr.wikipedia.org/wiki/Floresans

3- http://tr.wikipedia.org/wiki/Fosforesans

4- http://w3.gazi.edu.tr/~mkaracan/enstrumental/Molekuler%20Luminesans%20Spektroskopisi.ppt

5- http://www.sanalkampusum.com/showthread.php?t=47044

  

p5rn7vb