Gökyüzü bize fotometriyi anlamak için yardımcı olabilir mi?
Fotometrik ölçümler, spektrofotometreler ile laboratuvarlar da off-line analizlerin yaygın kullanılan araçlarındandır. Son yıllarda teknolojik gelişmeler ve proses analitik teknolojisi (PAT) yaklaşımın yaygınlaşması ile birlikte endüstrinin birçok alanında in-line fotometrik analizörler de çalışma alanlarını genişletmiş, hızlı cevap süreleri sayesinde ve off-line ölçümlerin çeşitli zorluklarını elimine ettikleri için yatırımlara eklenen araçlar haline gelmiştir. Yani artık doğrudan borularda ya da tanklarda ölçüm yapabilmektedir ve bu ölçümü numune almaksızın gerçekleştirir.
Güneş ışığı sabahları biraz sarı olarak görünür. Öğlen olduğunda gökyüzü maviliğe bürünür ve günbatımında da eşşiz kırmızılıkta bir manzara ile karşılaşılır. Bu durum ışığın spektral dağılımını mükemmel bir şekilde tanımlar. Çünkü ışık bilindiği gibi farklı dalga boylarına sahip birkaç renkten oluşur. Atmosferdeki partiküller ve moleküller, boyutlarına bağlı olarak bu ışığı saçılıma uğratır. Örneğin su damlacıkları veya buz kristalleri gibi görece daha büyük partiküller ışığı yansıtır ve beyaz olarak gürünür. Daha küçük parçacıklar ise daha başıboş bir ışık üretir ve mesela kısa dalga boylu mavi renk gökyüzünde kırmızı ışıktan daha fazla yayılmıştır. Bu sebeple gökyüzü öğle saatlerinde mavi görünür, ancak günbatımında daha uzun dalga boyu nedeniyle kırmızıya dönüşür. İşte fotometrilerin temelinde bu fiziksel olgular vardır.
Bununla birlikte, ışığın spektral davranışı renkleri ve partikülleri tanımlamak için mükemmel bir şekilde kullanılabilir. Optek sensörler bunu yapar (www.optek.com). Belirli bir ışık kaynağının ışık demeti numuneden geçer ve dedektörler geçen ışığı örneğin doğrudan 0°’de ya da 11° veya 90°’lik açılarla saçılan ışığı ölçer. Sonuç her zaman bir numuneden geçen ışık yoğunluğudur. Tanımlanmış standartlar kullanılarak gerçekleştirilen kalibrasyonlar ile bu sonuç kalitatif ve kantitatif analziler için kullanılabilir. Seçilen dalga boyları değiştirilerek ve kullanılan farklı ölçüm teknikleri ile farklı analiz yöntemleri gerçekleştirilir. Bunu fotometrik analizörlerle borularda, tanklarda ve reaktörlerde yerinde ölçüm vasıtasıyla yapabiliyor olmak kuşkusuz birçok avantajı beraberinde getirmekte ve bu konuda yapılan yatırımlar geri dönüşleri çok hızlıdır.
Lampert-Beer Yasası
Aslında fotometrik ölçümlerin arka planında yatan prensip “Lampert-Beer Yasası”dır. Bu yasaya göre monokromatik yani tek bir dalga boyuna sahip bir ışık bir maddenin belli bir konsantrasyonundaki ve “d” kalınlığındaki bir çözeltinin içinden geçerken; geçen ışık miktarı, çözeltikonsantrasyonu ve ışığın katettiği yol (d mesafesi) arasında logaritmik olarak ters, absorlanan ışık miktarı ile doğru orantılı bir ilişki vardır (Laboratuvarlarda genelde kullanılan ölçüm küvetlerinin 1 cm ölçüsünde olması tesadüf değildir).
“Lambert-Beer‘s-Law”:
- Io: Çözelti öncesi ışık yoğunluğu.
- I : d kalınlığındaki çözeltiden geçtikten sonraki ışık yoğunluğu
- d : d kalınlığı veya optik yol (cm)
- c :absorplayan maddenin konsantrasyonu (mol l-1)
- ε : özgül dalga boyundaki maddenin molar sönümlenme sabiti (l mol-1 cm-1)
- E : sönümlenme
Lampbert-Beer yasası konusunda bir prosesçi, bakımcı ya da proses analizörü yaklaşımıyla bu yasadan anlamamız gereken; bilinen ya da sabit optik yolda (mesela lamba ve dedektör içeren bir bor gövdesinde) absorpsiyonu ölçebilirsek konsantrasyonu da sürekli olarak takip edebiliyor olmamızdır.
In-line fotometrik analizler konusunda söylemek gereken bir diğer husus ise optik bir ölçüm olduğu için sıcaklık ya da basınç gibi bir kompanzasyon ihtiyacı olmaması. Çünkü Bernoulli ya da başka bir yasaya bağlı olarak bir ölçüm ya da hesaplama yapmamakta gerçek zamanlı bir ölçüm yapılmaktadır.
Kimyasal maddeleri içeren bir numune, örneğin 200 ila 700 nm dalga boyunda bir ışık enerjisi kaynağına yerleştirildiğinde moleküller belirli bir dalga boylarında belirli ışığı emer. Bunun sonucunda yandaki gibi bir spektrum elde edilebilir. Bu spektrumlar parmak izi gibi spesifik olarak nitelendirilebilirler. Bu spektrumlar örneğin renk, konsantrasyon, yapısal değişiklikler ve bulanıklık gibi birçok parametrenin analiz edilmesinde kullanılabilir. Bu analiz, laboratuvar tipi cihazlarda küvetlere ışık gönderilip karşılıklı emilimi ölçülerek gerçekleştirilirken, in-line fotometrik analizörlerde ışık kaynağı ve dedektör içeren sensör gövdesi ya da probların üretim hatlarına doğrudan montajı ile gerçekleştirilir.
Kaynaklar
- www.optek.com
- www.pikolab.com
