Maddenin Parmak İzi: Işığın Gizli Şifresi

İçerik Yazarı: Kazım Korkmaz

Editör: Elif Nur Öztürk

Tasarım: Sudenaz Kesik

Evrende var olan her bir maddenin kimliği vardır. Bu kimliği açığa çıkarabilmenin temelinde elektromanyetik radyasyon (ışık) ve madde arasındaki etkileşim yatmaktadır. Bu durumu basit bir örnekle açıklamak gerekirse, bir prizmayı hayal edin. Bu prizmadan güneş ışığı geçirildiğinde, prizmadan geçen ışığın gökkuşağı renklerine ayrıldığı görülür. Buradaki ışığın bileşenlerine ayrılması prensibi temel alınarak maddelerin kimliğini tespit etmemize yarayan tekniğe spektroskopi denir. Maddelerin yaydığı ve soğurduğu ışığı inceleyerek onlar hakkında bilgi almamızı sağlar. 

Mekanizmayı daha detaylı anlatacak olursak, öncelikle incelenecek olan maddeye ışınlar gönderilir. Bu ışınlar madde ile etkileşime girerek çeşitli değişikliklere (yansıma, soğurulma, vb.) uğrarlar. Bu değişiklikler daha sonrasında bir prizma veya kırınım ağından geçirilerek dalga boylarına ayrılır. Sonuç olarak dalga boylarına göre bir spektrum elde edilir. Bu spektrum, istatistiksel yöntemler ve kemometrik analizler yardımıyla analiz edilir ve sonucunda maddenin bir nevi kimliği oluşturulur.

Spektroskopi tekniğinin temelini, atomun Shell (Kabuk) modeli ile daha net bir şekilde açıklayabiliriz. Bu modele göre, atomların yapısında bulunan elektronlar, atom çevresinde rastgele yerlerde bulunmaktan ziyade belirli enerji seviyelerinde bulunurlar. Elektronlara bir foton gönderildiğinde, eğer fotonun enerjisi elektronu üst enerji seviyelerine çıkartmaya yetiyorsa elektron fotonun enerjisini soğurur (absorpsiyon) ve üst enerji seviyesine çıkar. Bunun tam tersi olarak (atomun kararlı halini korumak için) elektronlar üst enerji seviyelerinden alt enerji seviyelerine indiklerinde ise genellikle etrafa o enerji seviyeleri arasındaki fark kadar enerjiye sahip bir foton yayarlar (emisyon). 

Enerji seviyeleri arasındaki mesafe atom numarasına (proton sayısı) bağlı olarak değişmektedir. Her bir atomun çekirdek yükü (atom numarası) farklı olduğu için her birinin enerji seviyeleri arasındaki farklılıklar da o atoma özgüdür. Böylelikle, her bir maddenin elektron dizilimi ve moleküler yapısı farklı olduğu için elde edilen spektrum o maddeye hastır. 

Spektroskopi tekniği kullanılarak uzaydaki yıldızların atmosferindeki gazlardan, hücrelerimiz içindeki moleküllere kadar geniş bir skalada maddeler tespit edilebilmektedir. Bu yönüyle spektroskopi, insan gözünün yetersiz kaldığı yerde evrenin maddesel haritasını çıkaran bir "süper görüş" tekniğidir.