Tüm okurlarımıza tekrar merhaba,

İlk yazımdan uzunca bir süre sonra tekrar sizlerle birlikteyiz. Geçen yazımda Kültürel Miras alanında kullanılmakta olan spektroskopik uygulamalardan kısaca bahsetmiştim. Bu yazımda ise bu uygulamalardan biri olan Raman Spektroskopik Yöntem ve Uygulamaları hakkında biraz daha ayrıntılı bilgi vermeye çalışacağım. Bir örnek olarak ise İstanbul, Çemberlitaş, Nur-u Osmaniye Camii onarımları sırasında bir duvar sıvası örneği üzerinden yapılan Raman spektroskopik analizleri vereceğim.

Nur-u Osmaniye

Şekil 1’de cami duvarından dökülmüş bir numuneye ait 3 farklı katman görülmektedir. (Kırmızı, Gri ve Beyaz bölgeler) Bu 3 katmanın yapısının belirlenmesi, önleyici koruma ve ileride alınacak önlemler açısından oldukça önem arz etmektedir. Numunenin içerdiği minerallerin Raman spektrumlarının belirlenmesi için kullanılan cihaz, laboratuvar tipi (taşınamaz tip), “Thermo Scientific” marka, “DX-R model” Mikro Raman spektrometresidir. Kullanılan lazerin gücü 5 miliwatt olarak ayarlanmıştır. Çalışılan spektrum aralığı, 1500- 50 cm-1 spektral aralığıdır. Spektrometrede kullanılan lazerin temas ettiği noktadaki noktasal çapı 5,1 mikrometredir. Numunenin hangi bölgesine odaklanıldığını görerek spektrum alınması adına, spektrometreyle entegre kameralı mikroskop OLYMPUS-rfuTV0.5XC-3 modeldir. Raman spektrumları Fatih Üniversitesi BİNATAM Merkez Laboratuvarı’nda kaydedilmiştir. Spektral çözünürlük ise 4 cm-1 değerindedir. (Kağıt ve benzeri daha hassas örnekler için lazerin çıkış gücünün dikkatlice ayarlanması gerekmektedir. Bu durum göz önüne alınmayıp, örneğin deney sırasında numune üzerinde incelenen noktada (bölgede) sabitlenen lazerin yerinden oynatılması, odak mesafesini değiştirebilir ve lazer en düşük güçte ayarlanmış olsa bile, örneğin zarar görmesine neden olabilir). Bu çalışmada kullanılan lazerin dalga boyu 532 nm’dir. Öte yandan, bazı Raman spektrometrelerde farklı dalga boyuna sahip lazerlerle çalışmak ta mümkündür. Daha yüksek dalga boylu lazerler kullanılması, ışık şiddetini düşüreceğinden, “Floresans etki” denilen (ayrıntısına burada şimdilik girmeyeceğiz) ve spektrumda beklenen bazı piklerin görülmemesine neden olacak kadar yüksek şiddette değer veren olayın azaltılmasını sağlayacaktır. Kısaca, “Saçılan ışık şiddetinin, dalga boyunun dördüncü kuvvetiyle ters orantılı” olduğunu belirten “Rayleigh Saçılması” burada söz konusudur. Bir başka deyişle dalga boyu düşük lazer kullanıldığında, saçılan ışık şiddeti daha çok olacaktır. Böyle durumlarla karşılaşıldığında mesela 1064 nm dalga boylu “Morüstü” Lazer kullanılarak Floresans etki büyük ölçüde giderilebilmektedir. Bu 3 bölge üzerinde yapılan analizlerde şu sonuçlar elde edilmiştir:

Cips (Kalsiyum Sülfat, CaS04)
Kırmızı katman üzerinden alınan spektrumda bu bölgenin Gypsum mineralinden oluştuğu anlaşılmıştır (Şekil 2). Gypsum’a ait Raman spektrumunda (Şekil 2) en şiddetli pik 1008 cm-1 değerinde ortaya çıkmakta olup, Gypsum elementine ait karakteristik bir piktir. Bu pikin yanısıra dahadüşük değerlerde de yan pikler de mevcut olup tüm bu pikler Gypsum mineraline özgüdür.
Gri katman üzerinde 2 farklı noktadan alınan spektrumda (Şekil 3, Şekil 4) bu bölgelerin sırasıyla, Litarj (PbO, Kurşun Oksit) ve bir miktar Kalsit minerallerinden oluştukları tespit edilmiştir. Litarj’a ait Raman spektrumunda en şiddetli pikler 290 cm-1 ve 140 cm-1’de ortaya çıkmaktadır. Kalsit minerali ise, karakteristik olarak 1080 cm-1 değerinde şiddetli bir pik vermektedir. Kalsit aynı zamanda 710, 280 ve 150 cm-1 civarında üç adet yan pik te vermekte olup bu 4 adet pik Kalsit’e özgü “Parmak İzi” niteliği taşımaktadır ve diğer minerallerden kolaylıkla ayırt edilebilmektedir.

Şekil 5 Beyazbölge Kalsit’e ait Rsaman spektrumu Beyaz katmandan spektrum alınan bölge

Beyaz katman üzerinden alınan spektrumda (Şekil 5) ise bu bölgenin Kalsit (CaCO4, Kalsiyum Karbonat) mineralinden oluştuğu tespit edilmiştir.

Özetle, görülmektedir ki, Raman spektroskopik yöntem ile, tahribatsız, çok kısa sürede ve iyi sonuçlar elde etmek mümkündür. Öte yandan Raman spektroskopi için tamamlayıcı rol oynayan Kırmızı Altı Spektroskopik yöntem ile de bu tür çalışmalar birleştirildiğinde, incelenen malzemelerin bir bütünlük içinde yapılarının ortaya çıkarılması sağlanmış olmaktadır.

Tüm meslektaşlarıma ve okurlarımıza sevgilerimi iletiyorum. Bilimle ve sevgiyle kalın.

Ozan ÜNSALAN