Spektroskopi Nedir? Kimyasal Analizlerde Kullanılan Farklı Spektroskopi Türleri Nelerdir?

Kimyasallar, çok farklı analitik yöntemle, hem niceliksel hem de niteliksel olarak analiz edilebilirler; ancak bu analizlerin büyük bir kısmı, spektroskopi adı verilen bir sahanın altında incelenir. Spektroskopi, elektromanyetik radyasyon ve madde arasındaki etkileşimi; elektronların uyarılmasına, moleküler titreşimler veya nükleer spin yönelimlerindeki değişimlere neden olan etkileşimler kapsamında inceler. Bir diğer ifadeyle spektroskopi, ışık veya radyasyonun maddeler tarafından emilmesi ve yayılması şeklindeki ışık-madde etkileşimlerinin ölçülmesi ve incelenerek yorumlanmasıdır.

Daha yakın zamanlarda, spektroskopinin tanımı elektronlar, protonlar ve iyonlar gibi parçacıklar arasındaki etkileşimlerin yanı sıra taneciklerin çarpışma enerjilerinin bir işlevi olarak diğer parçacıklarla etkileşimlerini de içerecek şekilde genişletildi. Spektroskopik analiz; kuantum mekaniği, özel ve genel görelilik teorileri ve kuantum elektrodinamiği dahil olmak üzere fizikteki en temel teorilerin geliştirilmesinde çok önemli bir araç olmuştur. Yüksek enerjili çarpışmalara uygulanan spektroskopi, yalnızca elektromanyetik kuvvetin değil, aynı zamanda güçlü ve zayıf nükleer kuvvetlerin de bilimsel anlayışının geliştirilmesinde anahtar görevi görmüştür.

Spektroskopi, temel olarak, bir nesneden yayılan ışık ve radyasyonun dağılması ile ilgilenir ve bu ışık ve radyasyon, nesnenin çeşitli özelliklerinin çalışılmasına izin verir. Spektroskopide ölçüm, gözlemlenen radyasyonun dalga boyunun bir fonksiyonudur. Spektroskopi, moleküler ve atomik seviyedeki çeşitli parçacıkların bileşimsel, fiziksel ve elektron yapısının belirlenmesine izin verdiği için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Alışık olduğumuz bir yöntem, manyetik bir alandaki çekirdeklerin radyo frekansı spektroskopisini içeren, vücudun iç yumuşak dokusunu benzeri görülmemiş bir çözünürlükle görselleştirmek için kullanılan manyetik rezonans görüntüleme (MRI) adı verilen tıbbi tekniktir. Mikrodalga spektroskopisi, Evren'in var olmasını mümkün kıldığı düşünülen Büyük Patlama'nın kalıntısı olan, üç boyutlu kara cisim radyasyonunu keşfetmek için kullanılmıştır. Uzak yıldızların bileşenleri, galaksiler arası moleküller ve hatta ilk yıldızların oluşumundan önce elementlerin ilkel bolluğu optik, radyo ve X-ışını spektroskopisi ile belirlenebilir. Optik spektroskopi, maddenin kimyasal bileşimini tanımlamak ve fiziksel yapısını belirlemek için rutin olarak kullanılmaktadır.

Envato

Spektroskopik tekniklerin hassasiyet derecesi yöntemden yönteme farklılık gösterse de genel olarak çoğu, son derece hassastır. Tek bir atom türü ve hatta aynı atomun izotopları, farklı bir türe ait 10²⁰ veya daha fazla atom arasında tespit edilebilir (izotoplar, eşit olmayan kütleye sahip ancak aynı miktarda protona ve atom numarasına sahip bir elementin farklı atomlarıdır; aynı elementin izotopları kimyasal olarak çok benzerdir). Eser miktarda kirletici, genellikle en etkili şekilde spektroskopik tekniklerle tespit edilir. Bazı mikrodalga, optik ve gama ışını kullanımlarına dayanan spektroskopi türleri, dar spektroskopik çizgilerdeki çok küçük frekans kaymalarını ölçebilir. Ölçülen frekansın 10¹⁵'inde bir parça kadar küçük frekans kaymaları, ultra yüksek çözünürlüklü lazer teknikleriyle gözlemlenebilir. Bu hassasiyet nedeniyle, en doğru fiziksel ölçümler spektroskopik analizlerdeki frekans ölçümleri olmuştur.

Spektroskopi yöntemleri; radyasyon türlerine, enerji ile madde arasındaki etkileşime ve kullanılan madde türüne göre kategorize edilebilir. Birçok farklı spektroskopi türü vardır ancak kimyasal analiz için kullanılan en yaygın türler arasında atomik spektroskopi, ultraviyole ve görünür spektroskopi, kızılötesi spektroskopi, Raman spektroskopisi ve nükleer manyetik rezonans spektroskopisi bulunur.

Temel Spektroskopi Terimleri

Spektrometre Nedir?

Spektrometre, belirli bir aralıkta, bir nesnenin neden olduğu çeşitli özellikteki varyasyonu veya farklılıkları ölçmek için kullanılan bilimsel araca verilen isimdir. Daha genel bir tanımla spektrometre, elektromanyetik radyasyon ve parçacıklar arasındaki ilişki sonucu oluşan emisyonun enerji veya kütle şeklindeki bir özelliğe göre spektruma yayıldığı ve spektrum boyunca noktaların veya eğrilerin analizi ile ölçümlerin yapıldığı çeşitli cihazlardır. Geleneksel laboratuvar analizinde kullanıldığı şekliyle bir spektrometre, bir radyasyon kaynağı ve algılama ve analiz ekipmanı içerir.

Envato

Emisyon ilkesine dayanan spektroskopi yöntemlerinde spektrometre, bir numunenin moleküllerini daha yüksek enerji durumlarına uyarır ve orijinal enerji durumuna geri döndüklerinde yayılan radyasyonu analiz eder. Absorbsiyon ilkesine dayanan spektroskopi yöntemlerinde kulanılan spektrometreler, bir spektrum üretmek için uzunluğu bilinen ve çeşitli dalga boylarındaki radyasyonu bir numuneden geçirir; detektör sistemi, her bir dalga boyunun numune tarafından ne ölçüde absorbe edildiğini ortaya çıkarır. Fourier-transform spektrometreleri, emisyon spektrometrelerine benzerler ancak daha geniş bir radyasyon aralığı kullanırlar. Kütle spektrometreleri bir numunedeki atomik veya moleküler bileşenleri kütlelerine göre dağıtır ve ardından sınıflandırılan bileşenleri analiz eder.

Spektrofotometre Nedir?

Spektrofotometre, bir numuneden gelen elektromanyetik radyasyonun absorbsiyon, yansıma ve saçılma gibi etkileşimlerini veya çeşitli numunelerle floresan ve elektrolüminesans şeklinde ortaya çıkan elektromanyetik radyasyon emisyonunu ölçen özel bir spektrometre türüdür. Işığın farklı özelliklerinin ölçümü, ve madde ile etkileşimi incelendiği için elektromanyetik spektrofotometre olarak da adlandırılır. Bunlar laboratuvarlarda, numune tarafından absorbe edilen toplam ışık temelinde çeşitli numunelerin konsantrasyonunu ölçmek için yaygın olarak kullanılır.

Spektroskop Nedir?

Spektroskop ya da optik spektrometre, çeşitli nesnelerin analizi için kullanılan spektrumdaki belirli bir aralıktaki ışığın farklı özelliklerini ölçen bir cihazdır. Ölçülen özellik çoğunlukla ışığın yoğunluğudur ancak bazı koşullar altında ışığın polarizasyonu da ölçülür. Spektroskoplar, çeşitli örneklerin analizi için astronomi ve kimyayla ilgili çalışmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Geleneksel olarak, prizmalar spektroskop olarak kullanılmaktaydı; ancak günümüzde kırılım ızgaraları, hareketli yarıklar ve fotodetektörler kullanılmaktadır.

David Darling

Spektrograf Nedir?

Spektrograf, farklı ışıkları algılayan ve bunları dalga boylarına veya çoklu detektörler tarafından kaydedilen frekanslarına göre ayıran bilimsel bir araçtır. Bunlar çoğunlukla astronomik spektrumu elde etmek ve kaydetmek için kullanılır. Bir spektrografta ışık ışınları, tüm ışık ışınlarını birbirine paralel hale getiren bir ayna içeren teleskop aracılığıyla spektrografa aktarılır. Işınlar daha sonra ışığı farklı dalga boylarına dağıtan kırınım ızgarasına ulaşır ve bu ızgaralar, tek tek dalga boylarının analizi için detektörlere iletilir. Bunlar maddelerin kimyasal bileşiminin analizi için çeşitli astronomik nesnelerden gelen ışığı incelemede oldukça kullanışlıdır.

Spektrum Nedir?

Spektrum basit bir tanımla, beyaz ışık prizmadan yayıldığında gözlenen renklerdir. Spektrum ışık ve diğer dalgalarla ilişkili çeşitli değişkenlerin aralığını da ifade eder. Spektrum, optikte görünür, ultraviyole ve kızılötesi ışığın her bir dalga boyunu ifade eden skaladır. Spektrumlar, kaynaklarının doğasına göre yani emisyon veya absorbsiyon spektrumları olarak sınıflandırılabilir. Bir emisyon spektrumu, atomlar veya moleküller tarafından yayılan tüm radyasyonlardan oluşurken, bir absorbsiyon spektrumu, numune tarafından absorbe edilen ışığın göstergesidir. Absorbsiyon spektrumları sürekli bir spektrumun bölümlerinden ziyade eksik ve kesintili koyu bantlar olarak görünürler çünkü bu belirli, kısa aralıklı dalga boyları ışığın geçtiği ortam tarafından absorbe edilmişlerdir.

Çizgi spektrumları, radyasyon yayan elementlerin karakteristiğidir. Çizgi spektrumlarına atom spektrumları da denir çünkü bu çizgiler, elektronlar bir enerji seviyesinden diğerine değiştiğinde atomlardan yayılan dalga boylarını temsil eder. Bant spektrumları, her dalga boyu grubunun bir bant gibi göründüğü, örneğin nitrojen spektrumu gibi yakın aralıklarla yerleştirilmiş çizgi gruplarına verilen addır. Bant spektrumları veya moleküler spektrumlar, dönme veya titreşim enerjilerini veya her ikisini aynı anda yayan moleküller tarafından üretilir. Optik alanda elektromanyetik spektrum en yaygın olarak kullanılan spektrum türüdür. Elektromanyetik spektrum, bir nesne tarafından emilen veya yayılan elektromanyetik radyasyonun dağılımını karakterize etmek için kullanılan elektromanyetik radyasyon frekans aralığını içerir. Ayrıca kütle spektrumu, kütle/yük oranının bir fonksiyonu olarak iyon bolluğuna dayanan spektroskopide kullanılır.

Physics Stack Exchange

Spektrokopi Türleri

Spektroskopi yöntemleri, ilgili ışınım enerjisinin türü ile tanımlanabilir. Deneylerde kullanılan radyasyonun yoğunluğu ve frekansı ölçülebilir bir spektrum sağlar. Elektromanyetik radyasyon yaygın bir radyasyon türüdür ve spektroskopik çalışmalarda ilk kullanılan radyasyon türüdür. Hem kızılötesi hem de yakın IR, elektromanyetik radyasyonun yanı sıra terahertz ve mikrodalga tekniklerini kullanır. Hem elektronlar hem de nötronlar, de Broglie dalga boylarından dolayı bir radyasyon enerjisi kaynağıdır.

Spektroskopiyi sınıflandırmanın başka bir yolu, enerji ve madde arasındaki etkileşimin doğası gereği açığa çıkar. Bu etkileşimler; absorbsiyon, emisyon, rezonans, esnek olan ve esnek olmayan saçılmayı içerir. Kullanılan malzemeler ayrıca atomlar, moleküller, çekirdekler ve kristaller dahil olmak üzere spektroskopi türünün tanımlanmasında temel oluşturabilir.

Absorbsiyon Spektroskopisi

Absorbans spektroskopisi, belirli maddeleri tanımlamak ve ölçmek için malzemelerin dalga boyuna bağlı absorpsiyon özelliklerini kullanan bir moleküler spektroskopi yöntemidir. Numuneye uygulanan optik ışının numuneden geçtikten sonra zayıflama miktarı arttıkça bir çözeltinin absorbansı artar.

Absorpsiyon spektroskopisi, bir numunede belirli bir maddenin bulunup bulunmadığını belirleyebilen bununla birlikte bu maddenin numune içerisinde ne kadar miktarda bulunduğunu saptayabilen bir analitik kimyasal teknik olarak çalışır. Kızılötesi, ultraviyole ve görünür ışık spektroskopisi bu tür analitik uygulamalarda özellikle yaygındır.

Absorbsiyon Spektroskopisinin Prensipleri

• Absorbsiyon spektroskopisi, maddelerin farklı frekanslarda madde tarafından absorbe edilen bir radyasyon aralığı olan absorbsiyon spektrumuna sahip olması ilkesine dayanır. Maddelerin absorbsiyon spektrumu, o maddenin atomik ve moleküler bileşimine bağlıdır.
• Bir madde tarafından absorbe edilen ışığın frekansı, moleküllerin absorbsiyon öncesi ve sonrasındaki iki enerji durumu arasındaki farka bağlıdır. Yeterli enerjiye sahip olan bir foton maddeye ulaştığında, foton enerjisi elektronlar tarafından emilerek bu elektronun daha yüksek enerjili bir seviyeye geçmesine sebep olur.
• Bir numunenin absorbansı, uyarılmış elektron sayısına bağlıdır ve bu da numunedeki maddenin yoğunluğu ile ilişkilidir.
• Absorbe edilen foton ya da radyasyon miktarı, daha sonra absorbans açısından ölçülebilen bir absorbsiyon spektrumu ile sonuçlanır.

Absorbsiyon Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Kontrol bileşeni olarak kullanılan çözücü sıvı ve asıl numuneyi içeren çözelti, küvet olarak adlandırılan iki farklı taşıma kabına alınır.
• Çözücü sıvısının bulunduğu kap, daha sonra çözücü tarafından saçılma ve soğurmadan kaynaklanan ışık kaybını belirlemek için spektrometreye yerleştirilir. Bu işlemde gözlemlenen herhangi bir absorbans, numunenin absorbansından çıkarılacaktır.
• Numune çözeltisi içeren küvet daha sonra spektrometreye yerleştirilir. Numunenin absorbansı, genellikle 200-800 nm arasında değişen farklı frekanslarda not edilir.
• Numunenin farklı konsantrasyonlarında benzer bir spektrum oluşturulur. En sonunda numunenin konsantrasyonuna karşı ölçülen absorbans grafiği çizilir ve bu daha sonra numunenin bilinmeyen konsantrasyonunun belirlenmesi için kullanılabilir.

Absorbsion Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Absorbsiyon spektroskopisi, bir numunedeki belirli bir maddenin varlığını ve ardından mevcut maddenin miktarını belirlemek için kullanılır.
• Bu teknik, cihaz ve numunenin doğrudan etkileşimi olmadan tehlikeli maddelerin konsantrasyonunun belirlenmesine izin verir.
• Absorbsiyon spektroskopisi ayrıca çeşitli maddelerin atomik ve moleküler yapılarının belirlenmesinde de kullanılır.

Astronomik Spektroskopi

Astronomik spektroskopi, yıldızlardan ve diğer gök cisimlerinden yayılan görünür ışık ve radyo ışınları dahil elektromanyetik radyasyon spektrumunu ölçmek için spektroskopi tekniklerini kullanan astronomik çalışmalara verilen isimdir.

Astronomik Spektroskopinin Prensipleri

• Gök cisimlerinden gelen ışığın ürettiği spektrum, beyaz ışık tayfı kadar pürüzsüz değildir.
• Astronomik spektroskopide ışığın hem absorbsiyonu hem de emisyon spektrumu, ışığın bir kısmının kırılım ızgarasından geçirilmesiyle üretilir.
• Işık dağıldığında kaynakta bulunan nesnenin atomları ve moleküllerindeki elektronların enerji seviyelerine bağlı olan soğurma ve yayılma çizgileri oluşturulur.
• Belirli bir dalga boyunda radyasyonun absorbsiyonuna bağlı olarak, dalga boyu ile absorbsiyon ve emisyon çizgilerinin akışı arasında bir grafik elde edilir.
• Bu çizgilerin çoğundan örnekte metallerin bulunması sorumludur. Böylece bu çizgilerin yüksekliğine ve derinliğine bağlı olarak, bu metallerin bolluğu ölçülebilir.

Astronomik Spektroskopinin Uygulama Adımları

• Astronomik spektroskopide ilk olarak, çeşitli yıldızlardan gelen ışık bir teleskopla spektroskoba geçirilir. Bu ışık spektroskobun kırınım ızgarasına ulaştığında farklı dalga boylarına dağılır.
• Dağınık dalga boyları, dalga boylarının doğasını analiz eden fotodetektöre aktarılır. Detektörler standart yıldızların gözlemleriyle karşılaştırılarak ve dalga boyuna bağlı olarak spektrumun akı ölçeğini oluşturur.

Astronomik Spektroskopinin Kullanım Alanları

• Yıldızlardan gelen ışığın soğurulması, yıldızların kimyasal bileşim, sıcaklık, yoğunluk, kütle ve bağıl hareket gibi çeşitli özellikleri hakkında bilgi verir. Yıldız spektrumunun incelenmesi, galaksilerin ve galaksi bileşenlerinin incelenmesine yardımcı olur.
• Astronomik spektroskopi, Doppler etkisi ve kırmızıya kayma yoluyla yıldızların ve galaksilerin hareketlerinin belirlenmesi için de kullanılabilir.

Wikimedia Commons

Atomik Absorbsiyon Spektroskopisi

Atomik absorbsiyon, kimyasal elementlerin niceliksel tayini için spektroskopi prensibini kullanan analitik bir tekniktir. Atomik spektroskopi, geliştirilen spektroskopinin ilk uygulamasıydı. Bir fenomen olarak, atomik absorpsiyon spektrometresi ilk olarak 1802'de İngiliz bilim adamı William Hyde Wollaston'un bir maddeden geçirilen güneş ışığının oluşturduğu spektrumdaki koyu çizgileri gözlemleyip tanımladığı zaman keşfedildi. 1817'de Alman fizikçi Josef von Fraunhofer, şimdi onun adını taşıyan bu spektral soğurma çizgilerini dikkatlice haritaladı. 1860'da bilim adamları Gustav Kirchhoff ve Robert Bunsen'in çalışmalarıyla bir spektrokimyasal analiz teorisi geliştirildi. Ardından Kirchhoff ve Bunsen, ışığı dalga boylarına bölen spektroskopu geliştirdi.

Atomik Absorbsiyon Spektroskopisinin Prensipleri

• Atomik absorbsiyon spektroskopisi, serbest elektronların farklı dalga boylarındaki radyasyonu absorbe etmesi prensibini kullanır. Bir numunenin absorbansı, numunedeki madde konsantrasyonuna bağlıdır.
• Serbest elektronlar ultraviyole veya görünür ışığı emer ve bu durum elektronların daha yüksek enerjili yörüngelere geçişine neden olur. Bu işlem sırasında fotodetektörler tarafından algılanan absorbsiyon spektrumu açığa çıkar.
• Oluşturulan absorbsiyon spektrumu, maddenin gaz halindeki serbest elektronlarının ölçülmesine izin verir. Ayrıca absorbe edilen foton ya da radyasyon miktarı absorbans açısından ölçülebilir bir spektrum açığa çıkartır.

Atomik Absorbsiyon Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Sıvı numune, yakıt açısından zengin asetilen nitröz oksit aleviyle buharlaştırılan belirli bir hacimde ispirto ile bir şişede karıştırılır. Işık kaynağı olarak belirli bir dalga boyuna sahip bir lamba kullanılır.
• Sıvı numunede biriken gaz, daha sonra gazın atomlarındaki absorbsiyonu algılayan bir detektörden geçirilir.
• Numunedeki moleküllerin konsantrasyonuna karşı bir absorbans grafiği çizilir.

Atomik Absorbsiyon Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Atomik absorbsiyon spektroskopisi, biyolojik sistemlerde metal elementlerinin niceliksel ve niteliksel belirlenmesi için kullanılabilir.
• Bu aynı zamanda alaşımlarda ve karışımlarda bir safsızlığı işaret eden metallerin saptanmasına da yardımcı olur.
• Su ve toprak gibi çevresel numunelerin saflaştırılması için atomik absorbsiyon spektroskopisi kullanılmaktadır.
• Farmasötik ürünlerde ve yağ ürünlerinde metallerin saptanması da bu yöntemle yapılabilir.

Dairesel Dikroizm Spektroskopisi

Dairesel dikroizm spektroskopisi, sağ ve sol polarize ışığın absorbansındaki farklılıkları ölçen bir tür ışık absorbans spektroskopisidir. Dairesel dikroizm (CD), dairesel polarize ışığı, yani sol ve sağ el yapılı ışığın diferansiyel absorpsiyonunu içeren dikroizmdir. Sol-el dairesel (LHC) ve sağ-el dairesel (RHC) polarize ışık, bir foton için iki olası spin açısal momentum durumunu temsil eder ve bu nedenle dairesel dikroizm, spin açısal momentum açısından dikroizm olarak da adlandırılır.

Bu fenomen 19. yüzyılın ilk yarısında Jean-Baptiste Biot, Augustin Fresnel ve Aimé Cotton tarafından keşfedildi. Dairesel dikroizm ve dairesel çift kırılma, optik aktivitenin belirtileridir. Optik olarak aktif kiral moleküllerin absorpsiyon bantlarında sergilenir.

Dairesel Dikroizm Spektroskopisinin Prensipleri

• Sağ ve sol polarize ışık bileşenleri numune tarafından farklı şekillerde absorbe edilir ve bu da maddenin absorbsiyon kat sayılarında bir farklılık oluşturur. Bu fark döngüsel dikroizm olarak adlandırılır.
• Dairesel polarize ışık ışınları, sağ ve sol dairesel polarize ışık için farklı kırılma indislerinin varlığı nedeniyle farklı hızlarda optik olarak aktif bir ortamda hareket edecektir.
• Proteinlerin analizinde, protein içindeki peptit bağları bir kromofor gibi görev görür. Peptit bağları, optik olarak aktif kiral atomları içerir ve bu bağların sayısı, absorbsiyonun büyüklüğü ile orantılıdır. Absorbsiyon miktarının büyüklüğü daha sonra proteinlerin varsayılan ikincil yapılarının doğrulanması için kullanılabilir.

Dairesel Dikroizm Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Numune, tampon çözeltiyi içeren bir taşıma kabının içerisinde spektrometreye yerleştirilir. Spektrometrede sağ ve sol dairesel polarize ışık, alternatif bir şekilde numuneden geçer.
• Spektrometrede bulunan fotoçoğaltıcı detektör, numunede oluşan ışınsal dairesel dikroizm yani sağ ve sol polarize ışığın absorbsiyonu arasındaki fark ile orantılı bir voltaj üretir.
• Numunenin dairesel dikroizmi daha sonra proteinlerin ikincil yapısındaki farklılıkları belirlemek için standart proteinlerle karşılaştırılır.

Dairesel Dikroizm Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Dairesel dikroizm spektroskopisi için birincil uygulama, proteinlerin varsayılan ikincil yapısının doğrulanmasıdır. Bu yöntem proteinlerdeki α-heliks ve β-pilili yüzdelerinin dairesel dikroizmlerine göre tespit edilmesini sağlar.
• Dairesel dikroizm spektroskopisi, bir numune içindeki ikincil yapının zaman içindeki değişikliklerini izlemek için de kullanılabilir.
• Bu teknik, moleküllerin yapıları arasındaki farklılıkları tespit etmek için kullanılabilir.
• Aynı zamanda, katlanmış aktif biçimlerde hala mevcut olduklarından emin olmak için farmasötik ürünlerin analizi için de kullanılabilir.
• Kızılötesi enerji bölgesinden gelen ışığı kullanan titreşimsel dairesel dikroizm, küçük organik moleküllerin ve son zamanlarda proteinlerin ve DNA'nın yapısal çalışmalarında kullanılır.

CD & ORD Spectrometer

Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi

Elektrokimyasal empedans spektroskopisi, farkı alternatif akım potansiyel frekansları uygulayarak bir sistemin empedansını ölçen gelişmiş bir elektrokimyasal tekniktir. Alternatif akım empedans ölçümleri elektrokimya ve fizikte yirmi yılı aşkın bir süredir iletken malzemelerin elektriksel özelliklerini ve bunların arayüzlerini, uyarıcı güç olarak harici bir elektrik impulsu kullanarak araştırmak için uygulanmaktadır.

Dahası, son zamanlarda biyoteknoloji alanında canlı organizmanın yerinde ve hızlı mikrobiyolojik teşhisi için etkili bir araç olarak uygulanması hedeflenmektedir. Bununla birlikte, elektrokimyasal empedans spektroskopisinin (EIS), metal korozyon kontrolü ve izlenmesi için dünya çapında hala en yararlı tekniklerden biri olduğuna şüphe yoktur. Korozyon, birçok endüstriyi ve devlet kurumunu ilgilendiren en pahalı engellerden biri olarak uzun zamandır varşığını sürdürmektedir, çünkü bu, sulu ortamlarla metallerde oluşan, elektriksel yük transferi veya iyon difüzyon süreci olan kimyasal etkileşimler nedeniyle meydana gelen ve çeliğe zarar veren bir fenomendir.

Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisinin Prensipleri

• Elektrokimyasal empedans spketroskopisi yeni bir malzeme veya cihazın elektrik akışını engelleyebilme derecesini ölçebilen bir tekniktir. Bu, numuneye bağlı elektrotlardan bir alternatif akım sinyalinin geçirilmesi ile sağlanır.
• Bir numuneye farklı frekanslardaki alternatif akım voltajı uygulanır ve elektrik akımı ölçülür.
• Bir Nyguist grafiğinde y ekseninde empedans ve x ekseninde frekans çizilerek frekansın elektrik empedansına tepkisi gösterilir.
• Empedansın gerçek ve sanal bileşenleri, farklı frekanslarda faz kayması ve genlikteki değişim belirlenerek hesaplanır.

Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Kontrol edilen sistemde alternatif akımı başlatmak için Zplot yazılımı bilgisayarda çalıştırılır. Gerekli parametreler ayarlanır; Alternatif akım genliği 10 mV, başlangıç frekansı 1 x 10⁶ Hz ve son frekans 100 Hz olarak ayarlanır.
• Zview yazılım sonrası sonuçları görmek için çalıştırılır.
• Elektrotlar daha sonra test modülünden çıkarılır, örnek hazırlanır ve elektrotlar düzeneğe takılır. Elektromanyetik empedans spektroskopisi önceki prosedürlerle aynı şekilde çalıştırılır.

Elektronik Empedans Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Bir numunenin empedansı, numunede büyüyen bir bakteri popülasyonu varsa bu popülasyonun belirlenmesi için kullanılabilir.
• Elektronik empedans spektroskopisi, hücre yapısı ve boyutu değiştikçe elektrik akımının empedansının değiştiği kanser dokularını taramak için de kullanılabilir.
• Elektron transferi ve duyarlılık açısından yararlı gelişmeler sağlayan kimyasalların, polimerlerin veya kaplamaların katmanlarının elektrotlara tepkisini incelemek için de kullanılabilir.

Elektron Spin Rezonans Spektroskopisi

Elektron manyetik rezonans veya elektron paramanyetik rezonans olarak da bilinen elektron spin rezonansı, eşleşmemiş spinlere sahip elektronların manyetik enerji seviyeleri arasındaki geçişlerle sonuçlanan ışık spektrumunda, mikrodalga bölgesinde (0,04-25 cm) frekansa sahip radyasyonların manyetik maddeler tarafından absorbe edildiği bir tür absorbsiyon spektroskopisidir. Elektron spin rezonans ilk kez 1944'te Sovyet fizikçi Yevgeny Zavoisky tarafından Kazan Eyalet Üniversitesi'nde gözlemlendi ve aynı zamanda Oxford Üniversitesi'nde Brebis Bleaney tarafından bağımsız olarak geliştirildi.

Elektron Spin Rezonans Spektroskopisinin Prensipleri

• Elektron spin rezonans spketroskopisi, eşleşmemiş elektronlara sahip atomların, moleküllerin veya iyonların elektron spini nedeniyle manyetik özellikler sergilediği gerçeğine dayanır.
• Bir molekül veya bileşik bir manyetik alana yerleştirildiğinde, eşleşmemiş elektronların dönüşü iki farklı durumda hizalanabilir. Dönme, manyetik alan yönünde hizalanırsa, daha düşük bir enerji durumuna neden olur. Tersine, manyetik alana zıt bir hizalama daha yüksek bir enerji durumuna neden olur.
• Sonuç olarak eşleşmemiş elektron, bir rezonans durumuna neden olan enerjideki fotonları emerek veya yayarak bu iki enerji durumu arasında hareket edebilir.
• Absorbsiyon sırasında üretilen spektrum, numunenin elektronik yapılarının analizi için detektörler tarafından algılanır.

Elektron Spin Rezonans spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Elektron spin rezonans spektrumunda gerekli parametreler ayarlanır. Kalibrasyon, tüpten ve cihazdan arka plan sinyali olmadığına emin olmak için boş bir elektron spin rezonans tüpü eklenerek gerçekleştirilir.
• Numune daha sonra elektron spin rezonans tüpüne yerleştirilir ve spin rezonansı ölçülür.

Elektron Spin Rezonans Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Elektron spin rezonans spektroskopisi, geçiş metali içeren metaloproteinlerin incelenmesi için temel yöntemlerden biridir.
• Bu yöntem aynı zamanda proteinlerin denatürasyonunun ve protein katlanmasının incelenmesine de izin verir. Elektron spin rezonans spketroskopisi aynı zamanda metallerin kataliz oranını belirlemeye yardımcı olur.
• Reaktif nitrojen türlerinin ve reaktif oksijen türlerinin niceliksel ve niteliksel analizlerinin biyolojik araştırmaları alanlarında da sıkça kullanılmaktadır.

Emisyon Spektroskopisi

Emisyon spektroskopisi, yüksek bir enerji seviyesinden daha düşük bir enerji seviyesine geçerken atomlar veya moleküller tarafından yayılan fotonların dalga boylarını ölçen spektrometrik bir tekniktir. Emisyon spektroskopisinde atomlar, ışık yaymaları için bir alev, plazma, ark veya kıvılcıma maruz bırakılırlar. Ardından numunedeki bir elementin miktarını belirlemek için yayılan ışığın dalga boyu ve yoğunluğu gibi özellikleri incelenir. Emisyon spektroskopisi yöntemine dayanan diğer türler arasında alev emisyon spektroskopisi, endüktif olarak eşleşmiş plazma atomik emisyon spektroskopisi ve kıvılcım veya ark atomik emisyon spektroskopisi bulunur.

Emisyon Spektroskopisinin Prensipleri

• Elektronlar ve bileşikler bir alevle ya da başka bir ısı kaynağı ile ısıtıldıklarında ışık şeklinde enerji yayarlar.
• Bileşikten yayılan ışık bir spektrometreye geçirilir ve farkı dalga boylarına ayrıştırılır.
• Numunede bulunan her element, her atomun kendine ait farklı bir emisyon spektrumuna sahip olması ilkesine dayanarak, farklı spektrumlar oluşturur.
• Bu dalga boyları incelenerek numunemin temel bileşenleri belirlenebilir.

Emisyon Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Numuneyi içeren çözelti belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Çözücü sıvı buharlaşırken ince katı parçacıklar, diğer moleküller ve iyonlarla birlikte alevin merkezinde kalırlar.
• Bu partiküller ısıya maruz kaldıklarından, belirli bir dalga boyunda radyasyon üretirler. Radyasyon monokromatörün ışığı farklı dalga boylarına dağıttığı spektrometreden geçirilir.
• Detektörler, spektroskoptaki dalga boylarını algılarlar. Numunenin konsantrasyonunu belirlemek için konsantrasyona karşı bir dalga boyu grafiği çizilir.

Emisyon Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Emisyon spektroskopisi, metallerin ve alaşımların tespiti için endüstriyel analizin yanı sıra, tarımsal ve çevresel analizde geniş uygulama alanlarına sahiptir.
• Emisyon spektroskopisi yöntemi sayesinde benzindeki kurşun oranı tespit edilebilir.
• Bu yöntem ayrıca iyon değişim reçineleri için bir denge sabitinin belirlenmesi için de kullanılabilir.

Enerji Dağılımlı Spektroskopi

Elektron dağıtıcı X-ışını spektroskopisi olarak da bilinen enerji dağılımlı spektroskopi, numune ile X-ışını arasındaki etkileşimlere dayanarak numunenin elementel ve kimyasal karakterizasyonu için analitik bir teknik görevi görür. Her bir elementin X-ışını emisyon spektrumunda oluşan farklı pikler, Moseley yasası kullanılarak tahmin edilebilir.

Enerji Dağılım Spektroskopinin Prensipleri

• Enerji dağılım spektroskopi ilkesi, elektronların uyarılmasının X-ışınları tarafından sağlanması dışında emisyon spektroskopisine benzerdir.
• Bir numuneyi oluşturan atomlar, çekirdek etrafında kabuklara yerleşmiş, temel durumdaki elektronları içerirler. X-ışını ile muamele sonucu elektronlar daha kararsız bir duruma geçerler ve bir iç kabuğa yerleşirler.
• Bu durum kabukta bir elektron yokluğu ile sonuçlanır, daha yüksek enerjili bir dış kabukta bulunan elektron tarafından bu boşluk doldurulur. Yüksek enerjili kabuk ile düşük enerjili kabuk arasında geçiş yapan elektronda bir enerji farkı oluşur, bu fark X-ışını enerjisi olarak elektrondan salınır.
• Enerji dağılım spektroskopi, numuneden yayılan X-ışınlarının enerjisini ve miktarını tespit eder.

Enerji Dağılım Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Küvet olarak adlandırılan deney tüplerine bilinen ve bilinmeyen konsantrasyonda numuneler konulur. Küvetler daha sonra, spektrometreye yerleştirilerek bir elektron ya da röntgen ışını ile sırasıyla uyarılır.
• Spektrometrede bulunan ışığa duyarlı detektörler, numuneden geçen X-ışınlarını algılar ve voltaj sinyallerine dönüştürür.
• Voltaj sinyalleri daha sonra sinyallerin ölçümü, veri görüntüleme ve daha fazla analiz için işlemcilere aktarılır.

Enerji Dağılım Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Elektron mikroskobunun bir parçası olarak enerji dağılım spektroskopisi, hücre altı yapıların kimyasal bileşeni hakkında kesin bilgiler sağladığı için birçok araştırma alanında yaygın olarak kullanılmaktadır.
• X-ışını mikroanalizi, kanserde kötü huylu doku oluşumunda kriterlerin belirlenmesinde yararlı olabileceğinden, enerji dağılım spektroskopisi tıbbi teşhislerde kullanılmaktadır.
• Ekolojik analizlerde enerji dağılımlı spektroskopinin kullanılması , insan sağlığı açısından zararlı, kirli hava risklerini tahmin etmede yararlıdır.
• Bitki yüzeylerinde biriken çeşitli konsantrasyonlardaki (0,5 μl-1 μl) pestisit damlacıkları da bu yöntemle belirlenebilir.

Floresan Spektroskopisi

Floresan spektroskopisi, görünür ışık spektrumunda bulunmayan floresan ışığının bir numunedeki bileşenler tarafından üretilmesi ilkesine dayanan bir tür elektromanyetik spektroskopidir. Numunenin bir ışık kaynağı ile uyarılması sonucu açığa çıkan floresan, bir florometre kullanılarak analiz edilir ve genellikle organik bileşikleri analiz etmek için kullanılır.

Floresan Spektroskopinin Prensipleri

• Floresan, daha yüksek enerjiden daha düşük enerji durumuna geçişe radyasyonun eşlik ettiği bir emisyon olgusudur.
• Floresan spektroskopisinin ilkesi, elektronların iki farklı enerji durumu arasında geçiş yaptığı ve bir emisyon spektrumu oluşturduğu emisyon spektroskopisine benzerdir.
• Yalnızca uyarılmış bileşenler floresan yayabilir, bu nedenle numunelerin emisyon durumundan önce daha yüksek enerjili bir duruma getirilmeleri gerekir.
• Bileşenden yayılan radyasyon bant şeklinde bir spektrum oluşturur; elektronların farklı titreşim ve dönme enerjilerine bağlı olarak birçok dalga boyu açığa çıkar.
• Bir molekülün floresan spektrumu, onu uyaran radyasyonun dalga boyundan bağımsızdır ve absorbsiyon spektrumu ile aralarında ayna görüntüsü şeklinde bir ilişki vardır.

Floresan Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Bilinen ve bilinmeyen iki farklı konsantrasyonda numuneler hazırlanır, daha sonra numuneler ışık kaynağı ve detektörü içeren spektroflorimetreye birbiri ardına yerleştirilir ve analiz edilir.
• Spektroflorimetre belirli bir dalga boyunu numuneden geçirecek şekilde ayarlanmıştır. Numuneden geçen ve detektörler tarafından algılanan floresan ışık, daha sonra dijital değerlere dönüştürülür.
• Numunenin konsantrasyonuna karşı ölçülen floresan grafiği çizilir ve bu, daha sonra numunenin bilinmeyen konsantrasyonunun belirlenmesi için kullanılır.

Floresan Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Floresan spektroskopisi, organik bileşiklerin analizi için biyomedikal, tıbbi ve kimyasal araştırmalarda kullanılır.
• Bu teknik aynı zamanda iyi huylu tümörler ve kötü huylu tümörlerin ayırt edilmesi için kullanılabilir.
• Atomik floresan spektroskopisi, hava su ve toprak gibi çeşitli çevresel örneklerdeki metallerin tespiti için kullanılabilir.
• Analitik kimyada, floresan detektörleri yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) ile birlikte kullanılır.

Fourier Dönüşümlü Kızılötesi (FTIR) Spektroskopisi

Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi, katı, sıvı veya gaz fazındaki maddelerin kızılötesi spektrumunun absorbsiyon ve emisyonunun saptanması için kullanılan bir tekniktir. Teknik "Fourier dönüşümlü" ismini almıştır çünkü bu işlem, ham verileri gerçek spektruma dönüştürmek için Fourier dönüşümü adı verilen matematiksel bir işlem gerektirir.

Fourier dönüşümü spektroskopisi, maddelerin absorbsiyon özelliklerini açığa çıkarmanın diğer absorbsiyo spektroskopi yöntemlerinden daha analitik bir yoludur. Örnekte yalnızca tek bir dalga boyundan oluşan bir ışın olan tek renkli ışık demeti kullanmak yerine, bu teknik aynı anda birçok ışık frekansı içeren bir ışını numuneden geçirir ve bu ışının ne kadarının numune tarafından absorbe edildiğini ölçer. Daha sonra, ışın, ikinci bir veri noktasında farklı bir frekans kombinasyonu içerecek şekilde değiştirilir. Bu süreç, kısa bir süre içinde birçok kez hızla tekrarlanır. Daha sonra, bir bilgisayar tüm bu verileri alır ve her dalga boyunda soğurmanın ne olduğunu analiz eder.

Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisinin Prensipleri

• Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisinin ilkesi, numuneye tek bir frekansta bir ışık odaklamak yerine, birden çok frekansa sahip farklı ışıkların kullanılması dışında enerji dağılım spektroskopisine benzerdir.
• Bu teknikte ışığın numune tarafından ne kadarının emildiği ölçülür. Farklı frekanslardaki ışıklar için aynı işlem uygulanır ve veriler toplanır.
• Ardından toplanan veriler, her bir dalga boyundaki absorbsiyonu belirlemesi için bilgisayar tarafından işlenir.
• Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisinde spektrometre, bir ışık kaynağına doğru hareket eden belirli sayıda aynadan oluşan Michelson interferometre adı verilen özel bir yapıya sahiptir.
• Aynanın hareketi ile belirli dalga boyundaki ışık, dalga girişiminden dolayı periyodik olarak bloke edilir veya iletilir. Bunun sonucunda, interferometreden çıkan ışın her seferinde farklı bir spektruma sahip olur.

Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Spektrometreye yerleştirilecek olan örnek, kızılötesi ışınların geçmesine izin verecek kadar ince bir şekilde hazırlanmış olmalıdır.
• Cihaz, kızılötesi ışını numuneye doğru yönlendirir ve ışının ne kadar ve hangi frekansta numune tarafından absorbe edildiğini ölçer.
• Referans veri tabanı sayesinde numunenin özellikleri belirlenebilir.

Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi genellikle organik, polimerik ve bazen de inorganik bileşenlerin analizi için kullanılabilir.
• Bu teknik, çeşitli numunelerin kimyasal bileşeninin belirlenmesine izin verir.
• Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi, kromatografik tekniklerden ayrılan maddelerin tespiti için gaz kromatografisi ile birlikte kullanılabilir.
• Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi, hidrofobik membran ortamlarını araştırırken incelenen bölgelerin polaritesini doğrudan hesaplayabilir.

Gama Işını Spektroskopisi

Gama ışını spektroskopisi, bir numunedeki radyoaktif bileşenlerden kaynaklanan gama ışınlarının enerji spektrumlarının incelenmesi için kullanılan analitik bir tekniktir. Gama ışınları elektromanyetik radyasyondur ve foton radyasyonunun parçasıdır. Bir çekirdeğin uyarılmış nükleer seviyeleri arasında geçişler meydana geldiğinde üretilirler. Gecikmiş gama ışınları, ana çekirdeğin bozunması sırasında yayılır ve genellikle bir Beta bozunmasını izler. Bir çekirdeğin enerji seviyeleri arasında birçok gama ışını çizgisiyle sonuçlanan birçok geçiş olabilir.

Gama ışınları madde ile etkileşimleriyle tespit edilebilir. Bu etkileşimlerin üç ana süreci vardır: fotoelektrik absorpsiyon, Compton saçılması ve çift oluşumu. Fotoelektrik etki, bir gama ışını bir atomun iç kabuğunun bir elektronu ile etkileşime girdiğinde ve bir fotoelektron yayıldığında meydana gelir. Bu, yarı iletken detektörler ile gama ışınlarının tespiti için en önemli bir etkidir. Compton saçılmasının etkisi, enerjisinin bir kısmı elektrona aktarıldığında bir gama ışınının madde ile etkileşimini tanımlar. İletilen enerji, saçılmanın bir fonksiyonudur. Bu nedenle Compton etkisi, gama spektrumunda sürekli bir arka plan sağlayan geniş bir gama ışını enerjileri yelpazesine neden olur. Çift üretimi, bir gama ışını madde tarafından emildiğinde ve bir elektron / pozitron çifti üretmek için enerji kaybettiğinde meydana gelen üçüncü etkidir.

Gama Işını Spektroskopisinin Prensipleri

• Radyoaktif bozunma sırasında, radyoaktif maddelerde gama bozunması meydana gelir. Gama bozunmasında farklı enerji seviyelerinde bulunan çekirdekteki nükleonlar daha düşük enerjili duruma doğru hareket ettiğinde, arta kalan enerji gama ışını olarak salınır.
• Gama ışınları daha sonra radyasyonu incelenebilir veriler oluşturması için elektrik sinyallerine dönüştüren detektörlere iletilir.
• Gama ışınlarının tespiti ve miktarının belirlenmesi, numunenin yapısının belirlenmesine yardımcı olur.
• Ölçülen enerjiyi radyoizotoplar tarafından üretilen gama ışınlarının bilinen enerjisiyle karşılaştırarak, numunenin kimliği belirlenebilir.

Gama Işını Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Sayım kamarasının içi genellikle kurşunla korunur ve kurşun tarafından yayılan X-ışınlarının neden olduğu arka plan radyasyonunu engellemek için bakırla kaplanır.
• Numune kabı detektörün üstüne yerleştirilir ve sayım kamarası kapatılır.
• Numunenin yaptığı gama bozunması verileri elde edilir. Numune verilerini etkileyecek miktarda kontaminasyon veya doğal radyasyon olup olmadığını belirlemek için arka plan sayımı yapılır.
• Daha fazla analizi için bilgi işlem sistemlerine başvurulur.

Gama Işını Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Gama ışını spektroskopisi yalnızca nükleer yapının, nükleer geçişlerin ve nükleer reaksiyonların belirlenmesi için kullanılır.
• Bu teknik aynı zamanda diğer gezegenlerde suyun tespiti gibi astronomik araştırmalarada yardımcı olur.
• Gama ışını spektroskopisi, Güneş sistemindeki havasız cisimlerin, özellikle Ay'ın ve Mars'ın elemental ve izotopik analizi için kullanılmıştır.

Kızılötesi Spektroskopisi

Aynı zamanda titreşim spektroskopisi olarak da adlandırılan kızılötesi spektroskopisi, kızılötesi ile numune arasındaki etkileşimi inceleyen bir tekniktir. Kızılötesi; yakın kızılötesi, orta kızılötesi ve uzak kızılötesi olarak sınıflandırılabilir ve kızılötesi spektrumu kullanılarak bileşikler analiz edilebilir. Yakın kızılötesi en yüksek enerjiye sahip olandır ve numuneye uzak ve orta kızılötesi ışınlardan daha çok nüfuz edebilir. Ancak bu nedenle, aynı zamanda en hassas olanıdır. Kızılötesi spektroskopisi, atomların titreşimine neden olan enerjinin geçiş enerjisinden düşük olması sebebiyle ultraviyole/görünür ışık spektroskopisi kadar hassas değildir.

Kızılötesi Spektroskopisinin Prensipleri

• Kızılötesi spektroskopisi, moleküllerin kızılötesi radyasyonu absorbe ettiklerinde gerilip bükülerek titreşimler yapması ilkesine dayanır.
• Kızılötesi spektroskopisi, bir kızılötesi ışığı demetini numuneden geçirerek çalışır ve kızılötesi ışığın tespit edilebilir bir geçişi için numunenin molekülleri titreşim sırasında dipol moment değişikliğine uğramalıdır.
• Kızılötesi frekansı, bağların titreşim frekansı ile aynı olduğunda absorbsiyon meydana gelir ve bir spektrum kaydedilebilir.
• Kızılötesi ışınları elektronları harekete geçirmek için yeterli enerjiye sahip olmasa da kovalent bağlı atomların veya grupların titreşimli uyarılmasına neden olur.
• Atomlarda gözlemlenen titreşim, atomların karakteristiğidir ve bu nedenle moleküllerin yapılarının tespitinde yardımcı olur.
• Kızılötesi spektroskopisinde elde edilen spektrum, numuneye uygulanan ışığın dalga boyu veya frekansına karşı ölçülen kızılötesi yoğunluğun bir grafiğidir.
• Kızılötesi spektroskopisi sayesinde moleküllerde bulunan fonksiyonel grupların belirlenmesi mümkündür.

Kızılötesi Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Numune spektrometreye yerleştirilir ve belirli dalga boylarında ışığa verilen yanıt olarak kızılötesi radyasyon ölçülür.
• Olası kontaminasyonlar nedeniyle açığa çıkabilecek absorbsiyon durumlarına karşı arka plan analizi yapılır.
• Özellikleri bilinmeyen numunenin kızılötesi spektrumu elde edildiğinde, mevcut fonksiyonel grupların spektrumu ile karşılaştırılır.

Kızılötesi Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Kızılötesi spektroskopisi, proteinlerin karakterizasyonu ve çeşitli katı, sıvı ve gaz halindeki numunelerin analizi için yaygın olarak kullanılır.
• Farklı fonksiyonel gruplar yapılarına bağlı olarak farklı frekanslarda ısıyı emer ve böylece bir numunede bulunan fonksiyonel grupları belirlemek için bir titreşim spektrumu kullanılabilir.
• Kızılötesi spektroskopisi tekniklerinin uygulamaları, moleküler değişikliklerin tanımlanmasında, çeşitli hastalıkların moleküler mekanizmalarının anlaşılmasında ve tanıda kullanılabilecek spesifik spektral biyobelirteçlerin tanımlanmasında yardımcı olur.

Manyetik Rezonans Spektroskopisi

Manyetik rezonans spektroskopisi, vücudun farklı bölgelerinde meydana gelen biyokimyasal değişiklikleri ölçen manyetik rezonans görüntüleme (MRI) ile birlikte kullanılan bir çeşit tanı yöntemidir. Manyetik rezonans spektroskopi, moleküller içindeki atom çekirdeği tarafından üretilen radyo frekansı elektromanyetik sinyallerini algılayan analitik bir araçtır. Canlı beyin gibi karmaşık numunelerdeki belirli kimyasallar için yerinde konsantrasyon ölçümleri elde etmek adına kullanılabilir. Bazı özel durumlarda, MRS ayrıca dinamik nörokimyasal süreçlerin kinetik analizlerini gerçekleştirme araçları sağlar.

Manyetik rezonans spektroskopisi, son yarım yüzyılda kimya ve fiziğin bir parçası olan nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi ile esasen özdeştir. Manyetik rezonans spektroskopisi, bir nükleer manyetik rezonans spektroskopi prosedürü biyolojik veya tıbbi bağlamda uygulandığında kullanılan özel terimdir.

Manyetik Rezonans Spektroskopisinin Prensipleri

• Manyetik rezonans spektroskopisi, numunede bulunan hidrojen atomlarını analiz eder.
• Bu teknikte atomların çekirdekleri, çekirdeğin belirli bir yönde dönmesine neden olan bir manyetik alan uygulanarak uyarılır. Farklı spin yönlerinin enerjilerindeki fark, atomun çekirdeğine özgü bir spektrum karakteristiğine neden olur.
• Manyetik rezonans spektroskopisi sayesinde çeşitli metabolitlerin konsantrasyonunun analiz edilmesine yardımcı olan spektrum frekansları belirlenebilir.
• Metabolitlerin konsantrasyonu ölçülerek ve çeşitli hücrelerdeki normal konsantrasyon değerleri ile karşılaştırılarak vücutta bulunan dokuların durumları incelenebilir.

Manyetik Rezonans Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Gerekli parametreler, manyetik rezonans spektrometresinde hazırlanır.
• Kalibrasyon, tüpten veya cihazdan arka plan sinyalleri olmadığından emin olunmak için boş bir MR tüpü ile gerçekleştirilir.
• Örnek daha sonra MR tüpüne yerleştirilir ve manyetik rezonans spektrumu ölçülür.

Manyetik Rezonans Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Manyetik rezonans spektroskopisi, doktorların ve kimyagerlerin, teşhis sürecine yardımcı olan vücuttaki doku ile ilgili biyokimyasal bilgi elde edilmesini sağlar.
• Manyetik rezonans spektroskopisi, genellikle hastanelerde tanı amaçlı kullanılan Manyetik rezonans tekniğine yardımcı olmak için uygulanır.
• Tıbbi projeler için yapılan araştırmalarda giderek daha çok kullanılmaya başlamaktadır.
• Bu teknik aynı zamanda hepatoselüler karsinom (HCC) teşhisi konan hastalardan metabolik olarak profil serum örnekleri oluşturmak için de kullanılır.

Kütle Spektroskopisi

Kütle spektrometresi, bir numunede bulunan bir veya daha fazla molekülün kütle-yük oranını (m/z) ölçmek için yararlı analitik bir araçtır. Bu ölçümler genellikle numune bileşenlerinin tam moleküler ağırlığını hesaplamak için kullanılabilir. Tipik olarak kütle spektrometreleri, bilinmeyen bileşikleri moleküler ağırlık belirleme yoluyla tanımlamak, bilinen bileşiklerin ise kütlesini ölçmek ve moleküllerin yapısını ve kimyasal özelliklerini belirlemek için kullanılabilir.

Kütle Spektroskopisinin Prensipleri

• Kütle spektroskopisi, bir numune elektron bombardımanına tutulduğunda, bileşiklerideki moleküllerin iyonize edilmesi ilkesine dayanır.
• İyonların ayrılması, kütle/yük oranlarına bağlıdır. Yük değerleri bir olan iyonlar için bu oran basitçe onların moleküler kütleleridir.
• İyonlar, daha sonra iyonların sapmasına neden olan elektrik ve manyetik alanlara maruz kalır. Benzer bir kütle/yük oranına sahip olan iyonlar benzer sapma gösterir.
• Bu iyonların her birinin nispi bolluğu daha sonra detektörlerin yardımı ile tespit edilir. Kütle spektrumu, iyonların nispi bolluğunun numune kütlesine oranı şeklinde grafiğe aktarılarak çizilir.
• Spektrum daha sonra numunenin teme konfigürasyonunun, partikül veya kütlelerinin ve numunenin kimyasal yapısının belirlenmesi için kullanılır.

Kütle Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Numunenin 200 μl'si için 1,8 ml %65'lik nitrik asit çözeltisi eklenir. Karışım gece boyunca 50°C'de bekletilir. Tüpler daha sonra soğutulur ve seyreltilir.
• Örnek daha sonra spektroskoba eklenir ve analiz edilir.
• Sonuçlar, kütle spektrumu şeklinde bilgisayardaki yazılım aracılığı ile elde edilir.

Kütle Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Kütle spektroskopisi, bilinen maddelerin miktarını ölçmek için değerli bir araçtır.
• Ayrıca bilinmeyen bileşiklerin tanımlanmasına ve çeşitli maddelerin yapısının ve kimyasal bileşiminin belirlenmesine izin verir.

Moleküler Spektroskopi

Moleküler spektroskopi, maddelerin yapısal ve bileşimsel özelliklerini açığa çıkarabilecek soğurma modeli şeklinde bir spektrum oluşturmak için moleküller ve elektromanyetik radyasyon arasındaki etkileşimi inceler. Radyasyon ve maddenin etkileşimine dayanan moleküler spektroskopi, bize atomların ve moleküllerin doğası hakkında en çok şey öğreten en önemli araçlardan biridir. Moleküler spektroskopi alanı, çeşitli moleküllerde artan çözünürlükte ölçümlerle hızla ilerlemeye devam etmektedir ve bu da yeni etkilerin gözlemlenmesine ve moleküler spektrumların teorik tanımlarında sürekli iyileşmeye yol açmaktadır. Moleküler yapıların absorbans, floresans ve fosforesans spektrumlarını oluşturan elektron bileşimleri; kızılötesi, Raman ve terahertz spektroskopik teknikleri ile titreşimsel ve rotasyonel özellikleri moleküler spektroskopik yöntemler aracılığı ile analiz edilebilir.

Moleküler Spektroskopinin Prensipleri

• Moleküler spektroskopi sonucunda oluşan spektrum, moleküller farklı elektromanyetik radyasyonla etkileşimin bir sonucu olarak bir enerji durumundan diğerine hareket ettiğinde oluşur.
• İlgili mekanizmalar atom spektroskopilerinde açığa çıkanlara benzerdir ancak moleküler spektroskopi süreci daha karmaşıktır. Molekülü oluşturan farklı atomlar ve elektronlar arasındaki etkileşim, atomların tek olarak incelenmesinden farklı sonuçlar doğurur.
• Bu moleküler etkileşimler elektronik, radyasyonel veya titreşimsel olabilir. Etkileşimin tipine bağlı olarak, bileşiklerin analizi için farklı spektrometrik teknikler kullanılabilir.
• Benzer şekilde, absorbsiyon veya emisyon spektrumu, yararlanılan etkileşimlerin türüne bağlı olarak oluşturulabilir.

Moleküler Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Moleküler spektroskopide emisyon spektrometresi ve Fourier dönüşüm spektrometresi gibi farklı spektrometre sistemleri kullanılabilir.
• Bilinen ve bilinmeyen konsantrasyonlarda iki numune spektrometreye yerleştirilir ve radyasyona maruz bırakılır.
• Numunenin içinden geçen ışınlar bir detektör tarafından algılanır ve dijital verilere dönüştürülür.
• Numunenin konsantrasyonuna karşı çizilen absorbans grafiği sayesinde numunenin konsantrasyonu ölçülebilir.

Moleküler Spektroskopinin Kullanım Alanları

• Moleküler spektroskopi, çeşitli bileşiklerin atomik ve moleküler yapılarının analizine izin verir.
• Ayrıca, gaz bileşiminin yanı sıra diğer bileşikleri oluşturan bileşenlerin bilinmesine yardımcı olur.

Mössbauer Spektroskopisi

Mössbauer spektroskopisi, Rudolf Mössbauer tarafından keşfedilen ve katı parçacıklarda nükleer gama ışınlarının emilmesi veya yayılmasıyla oluşan spektrumu kullanan Mössbauer etkisine dayalı bir tekniktir. Mössbauer spektroskopisi, atomların nükleer seviyelerinin aşırı ince yapılarını çözmek için yeterli çözünürlüğe sahip bir nükleer spektroskopidir. Mössbauer spektroskopisi, belirli bir deneyde Mössbauer geçişi olarak adlandırılan, her zaman tek bir g-ışını şeklindeki geçişte, temel durum ile örnekteki bir izotopun uyarılmış durumu arasındaki fark üzerine çalışır. Mössbauer spektroskopi, yerel elektronik yapıyı ve buna bağlı olarak yerel kristalografik, manyetik ve kimyasal ortamları araştırır. Çevresel sistemlere uygulanmasının birincil sınırlamalarından biri, ilgilenilen izotopun, ölçülebilir Mössbauer etkileri sergilemek için yeterince büyük bir geri tepmesiz fraksiyona sahip olması gerektiğidir.

Mössbauer Spektroskopisinin Prensipleri

• Mössbauer etkisi, bir fotonun soğurulması veya yayılmasıyla ilişkili geri tepme enerjisinin momentumun korunması ilkesi ile tanımlanabileceğini belirtir.
• Katılarda atomların çekirdekleri serbest değildir. Belirli bir kafes yapısının içinde bulunurlar.
• Katı bir parçacıktaki bir çekirdek gama ışını yaydığında veya emdiğinde kaybedilen enerji her zaman kristal kafesin nicemlenmiş titreşimli fonon adı verilen ayrı paketlerde oluşur.
• Bununla birlikte bazı durumlarda hiçbir fonon serbest bırakılmayabilir ve böyle durumlarda momentum, tüm kafesin momentumu olarak korunur.
• Bir çekirdek tarafından yayılan gama ışınları, aynı izotopun çekirdeklerini içeren bir numune tarafından tamamen emilebilir ve bu absorbsiyon ölçülebilir.
• Ölçülen Mössbauer spektrumu, radyoaktif örneklerin varlığını tespit etmek için kullanılabilir.

Mössbauer Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Spektrometrenin içine yerleştirilen numuneden gama ışınları geçirilir. Gama ışınlarını yayan radyasyon kaynağı ve onları emen numunedeki atomlar aynı izotoplara sahip olmalıdır.
• Detektör daha sonra numuneden iletilen ışığın yoğunluğunu ölçer.
• Oluşan spektrum çeşitli amaçlar için analiz edilebilir.

Mössbauer Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Mössbauer spektrokopisi, nükleer ortamdaki ince değişiklikleri bile tespit edebilen hassas bir tekniktir.
• Çeşitli nesnelerin kimyasal, yapısal ve manyetik özellikleri hakkında kesin bilgi sağlar.
• Ayrıca meteorların ve ay taşlarının bileşimini tespit etmek için jeolojide kullanılır.
• Bu teknik, demir içeren proteinler ve enzimlerin incelenmesi için organik kimyada oldukça kullanılmaktadır.

Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) Spektroskopisi

Nükleer manyetik rezonans spektroskopisi, çeşitli bileşiklerin yapısını belirlemek için çekirdeğin manyetik rezonansını kullanan bir tekniktir. Nükleer manyetik rezonanans, spektroskopik analiz için rezonans spektrumu ve nükleer spin durumlarını kullanır. Tüm atom çekirdeklerinin bir nükleer spini vardır ve her atomun çekirdeğinin dönme davranışı, molekül içi ortamına ve uygulanan dış alana bağlıdır.

Belirli bir elementin çekirdekleri aynı molekül içinde farklı kimyasal ortamlarda olduklarında, yakındaki elektronların perdelenmesi ve perdelenmenin kalkmasına bağlı olarak farklı rezonans frekanslarına neden olan ve kimyasal kayma değerlerini tanımlayan çeşitli manyetik alan kuvvetleri deneyimlenecektir.

Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisinin Prensipleri

• Nükleer manyetik rezonans spektroskopisi, atomların moleküllerin veya iyonların içindeki çekirdeklerin yüklü olduğu ve bir spine sahip olduğu gerçeğine dayanır.
• Bir molekül veya bileşik manyetik alana yerleştirildiğinde, çekirdeğin dönüşü iki farklı spin şeklinde olabilir.
• Dönme manyetik alan yönünde hizalanırsa, daha düşük bir enerji durumuna neden olurken, manyetik alana zıt hizalanma daha yüksek bir enerji durumuna neden olur. Sonuç olarak, çekirdek fotonları emerek veya yayarak bu iki enerji durumu arasında geçiş yapabilir ve bir rezonans durumuna sebep olabilir.
• Bu rezonans sırasında üretilen spektrum, numunenin nükleer yapılarının analizi için detektörler tarafından incelenir.

Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Nükleer manyetik rezonans cihazı açılır ve 30 dakika boyunca ısıtılarak bekletilir.
• Gerekli kalibrasyonlar, tüpten veya cihazdan bir arka plan sinyali gelmediğinden emin olunmak için boş bir Nükleer manyetik rezonans tüpü ile gerçekleştirilir.
• İncelenmek istenen numune daha sonra nükleer manyetik rezonans spektrometresine yerleştirilir ve nükleer manyetik rezonans spektrumu ölçülür.

Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Nükleer manyetik rezonans spektroskopisi kalite kontrolünde kullanılır.
• Bileşiklerin yapısını tespit ederken numunenin içeriğini ve saflığını belirlemede kullanılır.
• Katı hal nükleer manyetik rezonans spektroskopisi, katıların moleküler yapısını belirlemek için gerçekleştirilen bir tekniktir.
• Nükleer manyetik rezonans spektroskopisi proteinlerin yapısının incelenmesinde yardımcı olur.
• Hidrojen NMR, karbon-13 NMR, DEPT 90 ve DEPT 135 NMR olmak üzere birçok nükleer manyetik rezonans analizi türü vardır. Bir bileşiğin NMR spektrumu bir numunede bulunan atom çekirdeği tarafından yayılan rezonans sinyallerini gösterir ve bunlar bir bileşiğin yapısını tanımlamak için kullanılabilir.

Fotoelektron Spektroskopisi

Fotoemisyon spektroskopisi olarak da bilinen fotoelektron spektroskopisi, elektronların bağlanma enerjilerini belirlemek için fotoelektrik etki sonucunda bir maddeden salınan elektronları ölçen spektrometrik bir tekniktir. Kullanılan radyasyon tipine bağlı olarak farklı fotoelektron spektroskopi yöntemleri bulunur.

Ultraviyole fotoelektron spektroskopisi (UPS), değerlik enerji seviyelerini ve kimyasal bağlanmayı, özellikle moleküler orbitallerin bağlanma karakterini incelemek için kullanılır. Yöntem, ilk olarak 1961'de Feodor I. Vilesov ve 1962'de David W. Turner tarafından gaz fazı molekülleri için geliştirildi. Richard Smalley daha sonra tekniği değiştirdi ve elektronların gaz moleküleri kümelerindeki bağlanma enerjisini ölçmek amacıyla numuneyi uyarmak için bir UV lazer yöntemini kullandı.

Açı çözümlemeli fotoemisyon spektroskopisi (ARPES), enerji ve momentum çözünürlüğündeki son gelişmelerden ve senkrotron ışık kaynaklarının yaygın kullanılabilirliğinden sonra yoğunlaştırılmış madde fiziğinde en yaygın kullanılan elektron spektroskopisi haline geldi. Teknik, kristal katıların bant yapısını haritalamak, yüksek korelasyonlu malzemelerdeki yarı parçacık dinamiklerini incelemek ve elektron spin polarizasyonunu ölçmek için kullanılır.

Aşırı ultraviyole fotoelektron spektroskopisi (EUPS), kullanılan radyasyonun dalga boyu açısından XPS ve UPS arasındadır. Tipik olarak maddelerin değerlik bandı yapısını analiz etmek için kullanılır. XPS ile karşılaştırıldığında, daha iyi enerji çözünürlüğü sağlar ve UPS ile karşılaştırıldığında, çıkan elektronlar daha hızlıdır, bu da daha az alan yükü ve azaltılmış nihai durum etkileri ile sonuçlanır.

Fotoelektron Spektroskopisinin Prensipleri

• Fotoelektron spektroskopisi, fotoelektrik etki ilkesini kullanır. Bu teknikte numunenin fotoiyonizasyonunu indükleyen UV ışınları kullanılır.
• Numuneden yayılan fotoelektronlar, orijinal enerji durumlarının ve elektronların titreşim ve dönme seviyelerinin karakteristiği olan enerjilere sahiptir.
• Bu elektronların enerjisi, spektrumda farklı pikler şeklinde görülür. En düşük değerli pikler değerlik elektronlarını temsil ederken en yüksek pikler iç kabuk elektronlarına denk gelir.

Foloelektron Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Numune spektrometreye yerleştirilir ve radyasyona maruz bırakılır. Numuneden yayılan elektronlar detektörler tarafından algılanarak elektrik sinyallerine dönüştürülür.
• Yayılan elektronların kinetik enerjisini ve bağlanma enerjisini gösteren bir grafik çizilir.
• Grafikte oluşan piklere dayanarak numunenin bilinmeyen özellikleri tespit edilir.

Fotoelektron Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Fotoelektron spektroskopisi, hidrojen ve helyum dışındaki tüm elementlere duyarlıdır ve bu nedenle kimyanın tüm aşamalarında önemli bir rol oynar.
• Atomların elektronik enerji seviyeleri çevrelerine duyarlı olduğundan bu teknik, moleküllerdeki atomların oksidasyon durumlarını belirlemek için mevcut olan en iyi tekniktir.
• Fotoelektron spektrumlarından, numune içindeki aynı elementin ya da farklı elementlerin nispi oranları belirlenebilir.
• Bu teknik, korozyon çalışmaları, kataliz, yarı iletken çalışmaları, absorbe edilmiş gaz çalışması ve elektrot çalışmaları gibi birçok temel araştırma alanında kullanılabilir.

Raman Spektroskopisi

Raman spektroskopisi, bir bileşik içindeki kimyasal yapı, polimorfizm, kristallik, ve moleküler etkileşimler hakkında ayrıntılı bilgi sağlayan analitik bir tekniktir. Raman spektroskopisi, bir titreşim tekniği spektroskopisi olması açısından kızılötesi spektroskopiye benzerdir fakat raman spektroskopisi esnek olmayan saçılmaya dayanır.

Raman spektroskopisi, bir molekülün yüksek yoğunluklu bir lazer ışık kaynağından gelen ışığı saçtığı bir ışık dağıtma tekniğidir. Saçılan ışığın çoğu, lazer kaynağı ile aynı dalga boyundadır veya aynırenktedir ve faydalı bilgi sağlamaz; buna Rayleigh Dağılımı denir. Bununla birlikte, tipik olarak % 0.0000001 oranında olan az miktarda ışık, numunenin kimyasal yapısına bağlı olarak farklı dalga boylarında veya renklerde saçılır; buna Raman Dağılımı denir. Bir Raman spektrumu, Raman Dağılımı ile saçılan ışığın yoğunluğunu ve dalga boyu konumunu gösteren bir dizi tepe noktası içerir. Her tepe noktası, C-C, C = C, N-O, C-H gibi kovalent bağların birer karakteristiğidir.

Raman Spektroskopisinin Prensipleri

• Raman spektroskopisi, görünür, bir lazerden gelen kızılötesi veya ultraviyole aralığında dalga boyuna sahip olan monokromatik ışığın Raman saçılması olarak da bilinen esnek olmayan saçılmasının saptanması ile çalışır.
• Bir geçişin Raman açısından aktif olması için, titreşim sırasında moleküllerin polarize edilebilirliğinde bir değişiklik olması ve elektron bulutunun bir konum değişikliği yaşaması gerekir.
• Numuneye uygulanan enerjinin bir sonucu olarak moleküller daha yüksek enerjili bir dönme-titreşim elektron durumuna geçerler ve bir miktar foton numuneden ayrılır.

Raman Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Çoğunlukla numune, sulu çözeltiler şeklinde hazırlanır. Numuneye özel dalga boyları belirlenir.
• Spektrometre bir referans numune kullanılarak kalibre edildikten sonra asıl numune incelenmek üzere mikroskop altına yerleştirilir.
• Monokromatör tarafından bir dizi dalga boyu taraması yapılır ve bu da Raman spektrumunu oluşturur.

Raman Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Raman spektroskopisi, numunenin sulu koşullarının incelenmesine olanak sağladığı için kızılötesi spektroskopisi ile birlikte kullanılabilir.
• Teknik, numunelerin kimyasal bileşiminin ve yapılarının moleküler bir parmak izini açığa çıkarabilir, ancak Raman saçılması doğası gereği zayıf sinyaller üretir.
• Raman spektroskopisi kullanılırken hassasiyeti artırmak için yüzeyce geliştirilmiş raman spektroskopisi (SERS) gibi teknikler kullanılır.

Ultraviyole Spektroskopisi

Ultraviyole spektroskopisi, UV ışıklarının elektronlar tarafınan absorbe edilerek yüksek enerji durumuna geçmelerine neden olan bir absorbsiyon spektroskopisi türüdür.

Ultraviyole Spektroskopisinin Prensipleri

• Ultraviyole spektroskopisinde numuneye geçen UV ışınları elektronlar tarafında absorbe edilerek sistemin enerjisini artırır. Bu bir elektronun daha düşük enerji durumundan daha yüksek enerji durumuna uyarılmasına neden olur.
• Bu uyarı, spektrometredeki detektörler tarafından tespit edilebilen bir absorbsiyon spektrumu oluşturur.
• Absorbe edilen foton miktarı, daha sonra absorbans açısından ölçülebilen bir absorbsiyon spektrumu ile sonuçlanır.
• Bir numunenin absorbans miktarı uyarılmış elektronların miktarının, bu miktar ise numune konsantrasyonunun bir göstergesidir.

Ultraviyole Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Küvetlere bilinen ve bilinmeyen konsantrasyonlarda numune yerleştirilir, ardından bunların absorbansı ışık kaynağı ve detektörü içeren spektrometrede sırasıyla ölçülür.
• Detektörler numuneden geçen ışığı algılar ve dijital değerlere dönüştürür.
• Numunenin konsantrasyonuna karşı ölçülen absorbans grafiği çizilir ve bu da daha sonra numunenin bilinmeyen konsantrasyonunun hesaplanması için kullanılabilir.

Ultraviyole Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Ultraviyole spektroskopisi, organik maddelerdeki safsızlıkların tespiti için kullanılan bir tekiktir.
• Bu teknik aynı zamanda ultraviyole ışını absorbe edebilen bileşiklerin kantitatif tayini için de kullanılabilir.
• Ultraviyole ışınlarının reaksiyon hücresinden geçtiği ve absorbanstaki değişikliklerin incelendiği bir reaksiyon kinetiğinin incelenmesi için kullanılabilir.

Ultraviyole ve Görünür Işık (UV/Vis) Spektroskopisi

Görünür ışığın ve ultraviyole radyasyonun emilmesi, elektronların düşük enerjili bir temel durumdan yüksek enerjili uyarılmış bir duruma geçmesiyle sonuçlanır. Bu enerji moleküler bir yörünge içindeki hem bağa katılmayan n-elektronlar hem de π-elektronlar tarafından emilebilir.

Işığın dalga boylarının tümü onlarla ilişkili belirli bir enerjiye sahiptir ve emilim yoluyla elektronun bir enerji seviyesinden diğerine geçişi yalnızca belirli dalga boylarındaki ışıklar tarafından sağlanabilir. Aralarında daha fazla fark olan elektron enerji seviyeleri arasında geçiş için daha yüksek enerjili ışığın kullanılması gerekir. Bu da ışığın daha yüksek frekanslı ve daha düşük dalga boylu olması gerektiği anlamına gelir.

Ultraviyole ve Görünür Işık Spektroskopisinin Prensipleri

• Ultraviyole ve görünür ışık spektroskopisi, maddelerin farklı frekanslardaki radyasyonu emerek bir soğurma spektrumu oluşturmaları ilkesine dayanır. Bu spektrum maddenin atomik ve moleküler bileşimine bağlıdır.
• Ultraviyole ve görünür ışık spektroskopisi, absorbansın, çözeltideki maddenin konsantrasyonu ve alınan yol uzunluğu ile doğru orantılı olduğunu belirten Beer-Lambert yasası ilkelerine dayanarak numunelerin konsantrasyonunu ölçmek için kullanılabilir.

Ultraviyole ve Görünür Işık Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Deneysel verilerdeki herhangi bir hatayı önlemek için numune içerisinde kullanılan çözücü maddenin absorbansı, kalibrasyon amaçlı ölçülür.
• Numunenin absorbasnı genelde 200-800 nm arasında değişen farklı frekanslarda not edilir. Numunenin farklı konsantrasyonları için bu adım uygulanır.
• Konsantrasyona karşı çizilen absorbans grafiği sayesinde numunenin bilinmeyen konsantrasyondaki örnekleri analiz edilebilir.

Ultraviyole ve Görünür Işık Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• Hem saf olan hem de genelde biyolojik karışımlar olarak bulunan belirli bileşik sınıflarının tanımlanması için ultraviyole ve görünür ışık spektrumlarında niceliksel analizler gerçekleştirilebilir.
• Bu spektroskopi, biyolojik numunelerin doğrudan veya kalorimetrik tahliller yoluyla kantifikasyonu için kullanılır.
• Bir numunenin konsantrasyonunu ölçmeye yardımcı olmanın yanı sıra ultraviyole ve görünür Işık spektroskopisi, bir molekül içerisindeki serbest elektronların ve çift bağların varlığını tanımlamak için kullanılabilir.
• Tek başına kullanılabilen analitk bir teknik olmasının yanı sıra bir ultraviyole ve görünür ışık spektroskopisi, yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) için bir detektör olarak kullanılabilir.

X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi

X-ışını fotoelektron spektroskopisi, bir bileşiğin içerisindeki elektronların kimyasal durumunu ve elementlerin elektron konfigürasyonunun tanımlanmasında kullanılan, fotoelektrik etkiye dayanan, hassas ve kantitatif bir spektroskopik tekniktir. X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), 1957'de Kai Siegbahn tarafından geliştirilmiştir ve esas olarak katılarda atomik çekirdek elektronlarının enerji seviyelerini incelemek için kullanılır. Siegbahn, bu çalışmasıyla 1981'de Nobel Ödülü'ne layık görüldü. X-ışını fotoelektron spektroskopisi bazen PESIS (iç kabuklar için fotoelektron spektroskopisi) olarak anılırken, UV ışığının düşük enerjili radyasyonu, çekirdek elektronlarını uyaramadığı için PESOS (dış kabuklar için fotoelektron spektroskopisi) olarak adlandırılır.

X-ışını Fotoelektron Spektroskopisinin Prensipleri

• X-ışını fotoelektron spektroskopisi, maddelerin fotoiyonizasyonlarının indüklenmesi ilkesine dayanır. Bir fotoelektron yayıldığınında, orijinal enerji durumunun titreşim ve spin seviyelerinin karakteristiklerini taşır.
• Atomlardaki elektronların bağlanma enerjisini belirlemek için şu formül kullanılır:

$B.E=h.v-K.E$

• Bu formülde h Planck sabitini, v ise frekansı temsil eder; hv değeri numuneye uygulanan radyasyonun analitik değeridir. KE yayılan fotoelektronların kinetik enerjisini, BE ise bağlanma enerjisini gösterir.

X-ışını Fotoelektron Spektroskopisinin Uygulama Adımları

• Spektrometrede uyarılarak yayılan elektronlar detektörler tarafından algılanır ve elektrik sinyallerine dönüştürülür.
• Farklı konsantrasyonlarda incelenen numuneler ve hesaplamalar sonucu KE'ye karşı bir BE grafiği çizilir.
• Oluşan spektrumdaki pikler, bir atomun farklı alt kabuklardaki elektronlarını gösterir. En düşük seviyeli pikler değerlik elektronlarına , en yüksek seviyeli pikler çekirdek elektronlarına denk gelir.
• Grafikte oluşan bu piklere dayanarak bilinmeyen deney grupları analiz edilebilir.

X-ışını Fotoelektron Spektroskopisinin Kullanım Alanları

• X-ışını fotoelektron spektroskopisi, çeşitli organik ve inorganik maddelerin bileşiminin, kimyasal durumunun ve elektron konfigürasyonunun ölçülmesi için yaygın olarak kullanılmaktadır.
• Bu teknik aynı zamanda çeşitli bileşiklerin yüzey analizlerinde de kullanılır.