Emisyon spektroskopisi dışında, tüm spektroskopik
uygulamalarda örnek kapları gereklidir. Monokromatörlerin optik elemanlarında
olduğu gibi, örneğin konulduğu hücreler (veya küvetler) çalışılan spektral bölgede
ışını geçirebilecek malzemelerden yapılmalıdır. UV bölgede (<350 nm) kuvartz
veya ergitilmiş silika uygundur; bunların ikisi de görünür bölgede ve 3 mm'ye kadar olan IR bölgede geçirgendir.
Silikat camları 350-2000 nm arasındaki bölgede kullanılabilir. Görünür bölgede
plastik kaplar da uygundur. IR bölgede en çok kullanılan hücre malzemesi
kristal sodyum klorürdür.
HÜCRE, PENCERE VE LENS MALZEMELERİ
Hücre, pencere, lens ve prizma
malzemeleri
Ultraviyole ve
Görünür Bölge Hücreleri
En iyi hücreler, pencereleri ışın demetine tam dik (normal)
konumda olan hücrelerdir; bu durumda, yansıma kayıpları minimumdur.
Ultraviole ve görünür bölgede kullanılan hücreler çoğunlukla
1 cm uzunluğundadır (ışık yolu). 0.1-10 cm yol uzunluğunda hücreler de vardır.
1 cm'lik hücrelerin yol uzunlukları geçirgen bölücülerle (spacer) 0.1 cm ye
kadar düşürülebilir.
UV-görünür bölgede kullanılan bazı
tipik hüre tipleri
Ultraviyole ve görünür bölgelerde silindirik hücreler
kullanılması daha ekonomiktir. Bu durumda, çalışma süresince hücrenin yerleşme
konumu ışın demetine göre aynı olmalıdır; aksi halde yol uzunluğunun değişmesi
ve eğri yüzeylerdeki yansıma kayıpları önemli hatalara yol açar.
Bazı hücre malzemelerinin yaklaşık
geçirgenlik karakteristikleri
Hücre pencerelerinin parmak izleri, gres veya diğer
kalıntılarla kirlenmesi geçirgenlik özellikleri değiştirir. Bu nedenle hücreler
çok iyi temizlenmeli, pencere yüzeylerin dokunulmamalıdır. Kıyaslamalı hücreler
asla bir etüv veya alev üzerinde kurutulmamalıdır; fiziksel olarak bozulur veya
yol uzunluğu değişir. Hücreler, bir absorbsiyon çözeltisiyle birbirine karşı
kalibre edilmelidir.
Tüm hücrelerde ufak tefek kusurlar vardır. Bu nedenle,
kaynakla hücrenin değişik kısımlarının yüz yüze gelmesiyle farklı yansıma ve
saçılma kayıpları olur; ölçülen transmisyonda da bu farka uygun değişikliklerin
olması kaçınılmazdır. Yüksek-kaliteli hücrelerde bu tip kusurlar en düşük
düzeydedir. Hücrelerin çizilmiş ve kirli olması halinde geçirgenliğin hücrenin durumuna olan bağımlılığı önemli
derecede artar.
Doğru bir spektrofotometrik analizde iyi-kaliteli ve aynı
özelliklerde hücrelere ge-reksinim vardır. Hücreler, zamanla özelliğinin
bozulup bozulmadığını (aşınma, çizikler oluşması gibi) test etmek için
birbirine karşı kalibre edilir. Önemli bir konu da hücreleri yıkama ve
kurutmada uygun bir teknik kullanılmasıdır. Örneğin, mer-cek temizlemede
kullanılabilecek kalitede bir kağıt parçası spektro saflıkta metanol ile
ıslatılır, hücrenin dış kısımları silinir ve yüzeyde kalan metanolün
bu-harlaşması beklenir.
İnfared Bölge
Hücreleri
Ultraviyole ve görünür spektra optimum aralıklardaki
absorbans ölçmeleri ya konsantrasyon veya hücre uzunluğunun ayarlanmasıyla
saptanır. Bu yaklaşım infrared spektroskopi için genel değildir, çünkü tüm
infrared bölgede geçirgen olan solvent bulmak olanaksızdır. Bu nedenle, molar
absorbtivite ölçümünün zor olduğu sıvı ve katı örnekler için özel örnek
hazırlama teknikleri uygulanmalı ve özel hücreler kullanılmalıdır.
a. Gaz Örnekler
Kaynama noktası düşük olan bir sıvı veya bir gazın
spektrumu, havası boşaltılmış bir hücre içinde (sıvı ise gazlaştırılarak)
alınır. Bu amaçla hazırlanmış ışık yolu uzunluğu bir kaç santimetreden bir kaç
metreye kadar değişen hücreler vardır. Daha uzun ışık yolu gerektiğinde kompakt
hücreler kullanılır; bunlarda iç yüzeylerde yansıyan ışın defalarca geçtikten
sonra hücreyi terk eder.
b. Çözeltiler
Solventler
Organik bileşiklerin infrared çalışmalarında çok kullanılan
bazı solventler aşağıdaki şekilde verilmiştir; görüldü gibi, tüm orta-infrared
bölgede geçirgen olan tek bir solvent yoktur.
Su ve alkoller solvent olarak kullanılmazlar veya çok
nadiren kullanılırlar. Nedeni, bu solventlerin hem kuvvetli absorblayıcı
olmaları, hem de (daha çok) hücre pencereleri alkali metal halojenlere kuvvetle
etki ederek malzemeyi bozmalarıdır. Hücreleri korumak solventlerin
kullanılmadan önce kurutulmuş olmasına çok dikkat etmek gerekir.
Hücreler
Solventlerin absorblama eğilimleri nedeniyle IR hücreler, UV
ve görünür bölgede kullanılan hücrelere kıyasla çok daha dardır (0.1-1 mm). IR
bölgede, örnek konsantrasyonu %0.1-10 aralığındadır. Bazı hücreler, kalınlığı
farklı contalar kullanılarak değişik kalınlıkta monte edilebilirler. Ayrıca
sabit kalınlıkta hücreler de vardır; bunlar şırınga ile doldurulur, vakum
yoluyla boşaltılır ve temizlenir.
Sıvı örnekler için kullanılan
açılabilir bir hücrenin görünümü; teflon contalar 0.015-1 mm aralığında
olabilir
Sodyum klorür pencereler çok kullanılan hücre
malzemeleridir; bunlar kuvvetli nem çektiklerinden titiz çalışmalarda bile
zamanla yüzeylerinin düzgünlüğü ve şeffaflığı bozulur. Bozulan pencereler özel
bir toz ile parlatılarak eski haline getirilebilir.
Dar bir IR hücrenin kalınlığı, boş hücrenin havaya
(referans) karşı geçirgenliği ölçülerek saptanır. Hücrenin iki duvarından
yansıyan ışın, geçen ışına etki ederek girişim bandları verir. Hücrenin
kalınlığı (b) aşağıdaki eşitlikten cm cinsinden hesaplanır. N, s1 ve s2 dalga sayıları arasında bulunan piklerin
sayısıdır.
Hücre kalınlığının boş bir hücreden
elde edilen girişim bandlarından saptanması
c. Saf Sıvılar
Örnek çok az miktarda ise veya uygun bir solvent
bulunamamışsa, örneğin (sıvı) saf halde spektrumu alınır. Bu gibi hallerde iyi
bir spektra elde edebilmek için örnek sıvının çok ince bir film tabakası
oluşturması gerekir, yani hücre çok ince olmalıdır. Bunun için hücre
penceresinin biri üzerine bir damla örnek konur ve diğer pencere onun üzerine
kapatılarak 0.01 mm den daha ince bir sıvı filmi oluşacak şekilde sıkıştırılır,
sonra üst contalar takılarak hücre monte edilir. Bu yöntemle kantitatif amaçlı
örnekler hazırlanamaz, fakat kalitatif tanımlamalarda, ortamda solvent
bulunmadığından saf sıvının spektrumunun alınması bakımından çok önemlidir.
KBr hücre penceresiyle örnek
hazırlama
d. Katı Örnekler
IR geçirgenliği olan solventlerde çözünmeyen katı maddeler,
absorbsiyon yapmayan bir ortamda dağıtılarak "mull" denilen iki-fazlı
bir karışım hazırlanır. Yeterli bir spektra elde edilebilmesi için dağıtılan
katı taneciklerin büyüklükleri IR ışının dalga boyundan küçük olmalıdır; bu
koşul sağlanmazsa ışının çoğu saçılma ile kaybolur.
Katı örnek hazırlamada iki teknik kullanılır. Birincisinde,
ince öğütülmüş (tane büyüklüğü < 2 mm)
2-5 mg örnek bir-iki damla ağır bir hidrokarbon (Nujol) içinde tekrar ezilir.
Hidrokarbon bandları spektrumu engelliyorsa, Fluorolub gibi halojenli bir
polimer kullanılabilir. Her iki halde de elde edilen mull iki pencere arasına konularak
ince bir film oluşturulur ve spektrumu çekilir.
İkinci teknikte, iyice öğütülmüş katı örnekten bir mg veya
daha az bir miktar alınarak 100 mg katı toz potasyum bromür ile güzelce
karıştırılır. Karıştırma en iyi, bu amaçla dizayn edilmiş, küçük bir bilyalı
karıştırıcıda yapılır. Karışım özel bir kalıba konularak bir preste, 10000-15000
psi basınç altında sıkıştırılarak şeffaf bir disk haline dönüştürülür. Basınç
uygulamadan önce kalıp vakuma bağlanarak maddenin bulunduğu haznede sıkışan
havanın atılmasıyla daha temiz örnekler elde edilebilir. Basınç kaldırılarak
örnek diski alınır ve özel tutucuya konularak spektrumu çekilir. Spektrada
absorblanmış nem nedeniyle 2.9 mm ve
6.1 mm (3400 cm-1 ve 1600 cm-1
) de bantlar görülebilir.
Mineraller,
kauçuklar, plastikler ve polimerik maddeler için kolay bir örnek hazırlama
yöntemi de elmas hücrelerinin kullanılmasıdır. Elmas hücre, bir basınçla
sıkıştırma hücresidir. Örnek elmas pencereler arasına konulur ve vidalarla sıkıştırılır;
ideal geçirgenlik kalınlığına gelinceye kadar sıkıştırma işlemine devam edilir.
Bazı örnek sıkıştırma ve örnek
tutucu tipleri
Raman ve İnfrared Spektoskopisi
Örnek Hazırlama Tekniklerinin Kıyaslaması
Örnek hazırlama yöntemi bakımında Raman spektroskopisi
IR'den daha avantajlıdır; Ramanda cam hücreler kullanılabilir, oysa IR'de kolay
kırılabilen ve havadan etkilenerek bozulan kristal halidlerin kullanılma
zorunluluğu vardır.
Ramanda, çözünürlüğü sınırlı olan maddeler ince toz halinde
ezilir ve bir tarafı açık bir çukurluk içine konularak analiz edilebilir.
Polimerler ise herhangi bir ön işlem yapılmadan doğrudan analize alınabilir;
oysa, bu tip örneklerin IR çalışmalarında polimerin analizden önce film veya
kalıp halinde standart bir şekilde hazırlanması gerekir.
İki yöntemdeki önemli bir diğer farklılık da suyun
durumudur; suyun Raman ışını ile saçılması çok zayıf, IR absorbsiyonu ise çok
kuvvetlidir. Bu özellik Raman çalışmalarda sulu çözeltilerin kullanılmasına olanak
verir. Özellikle biyolojik sistemlerde, organik maddelerde, ve suyla kirlenme
sorunlarında Raman yöntemi avantajlıdır.
Kolloidal veya asılı tanecikler içeren sıvı örnekler lazer
ışınını saçarak Raman etkisinin gözlenmesini engellerler. Bu tip çözeltilerin
Raman spektrumunun alınmasından önce katı maddelerden temizlenmesi gerekir.
