APPLICATION AND INTERPRETATION OF SPECTROSCOPIC METHODS IN CERAMIC ARCHAEOMETRY: XRF, XRD

Year 2019, Issue: 1, 136 - 153, 28.12.2019

Cüneyt Öz , Özge Özer

Abstract

Due
to rapidly developing and changing technology, interdisciplinary studies among
the branches of science have become widespread. Archeology, which is
particularly interdisciplinary, utilizes many fields when examining the
materials uncovered during excavations. Archaeometry, which examines materials
(ceramic, metal, textile, glass, etc.) uncovered from archaeological excavation
sites, derives from a multi-disciplinary approach that brings together many other
fields of study, from both the natural and social sciences. Spectroscopic
methods based on beam-matter interaction are frequently used in archaeometric
studies. The X-ray emission (fluorescence) spectrometer, which exactly uses the
same wavelengths as X-rays, can be applied to many materials and provides
elemental reading (scanning) with a very high accuracy level. The ceramic finds
from an archaeological site are among the samples that can be examined using
elemental reading. Ceramics are quite suitable for spectroscopic examination in
terms of their raw material (clay) and the mineralogical contents. XRF (X-ray fluorescence)
and XRD (X-ray diffraction) techniques are commonly used spectroscopic methods
in ceramic archaeometry. XRF and XRD analyses on ancient ceramics can provide
detailed information about the environmental conditions during their production
and the properties of the ceramics’ raw material. This information allows
researchers to make more accurate and clear assessments. After determining the
elemental content of clay by using XRF analysis, it can also be compared with
the elemental compositions of ceramics from the same area by selecting appropriate
statistical methods (such as parametric tests). These two spectroscopic
methods, which are very important in terms of understanding ceramic technology
in the Archaic Period, are widely used in archaeometric studies. How these
techniques are applied to ceramics and interpreted is examined.

Keywords

Archeometry, Ceramic, Spectroscopic Methods, XRF, XRD

SERAMİK ARKEOMETRİSİ’NDE SPEKTROSKOPİK YÖNTEMLERİN UYGULANMASI VE YORUMLANMASI: XRF, XRD

Abstract

Gelişen
ve değişen teknolojiyle beraber bilim dalları arasındaki interaktif çalışmalar
da yaygınlaşmıştır. Bu bilim dallarından biri olan arkeoloji, kazılarda ortaya çıkarılan
maddi kalıntıları incelerken birçok bilim dalından faydalanmaktadır. Bunlardan
biri de arkeometridir. Arkeolojik kazı alanlarında ortaya çıkarılan
materyalleri (seramik, metal, tekstil, cam vb.) inceleyen arkeometri bilim dalı,
özellikle fen ve sosyal bilimler başta olmak üzere birçok bilim dalını bir
araya getiren çok disiplinli bir yaklaşımın ürünüdür. Arkeometri alanındaki çalışmalarda
daha çok ışın-madde etkileşimine dayalı spektroskopik yöntemler kullanılmaktadır.
X-ışını emisyonu (floresans) spektrometresi, birçok malzeme üzerinde
uygulanabilir ve doğruluk düzeyi oldukça yüksek elementel okuma (tarama) sağlayabilmektedir.
Element okuması yapılabilen malzemelerden biri de arkeolojik kazı alanlarında ortaya
çıkarılan seramik buluntulardır. Seramikler, üretildiği ham madde (kil) ve bu
ham maddenin içeriğindeki mineralojik özellikler bakımından spektroskopik yöntemlerle
incelenmeye oldukça uygundur. XRF (X-ışını floresans) ve XRD (X-ışını
difraksiyon) teknikleri seramik arkeometrisinde sıkça kullanılan spektroskopik
yöntemlerdir. Antik Çağda elde veya çarkta üretilen seramik kalıntıları üzerinde
yapılan XRF ve XRD analizleriyle seramiğin üretildiği ortam şartları ve ham
madde özellikleri hakkında detaylı bilgiler elde edilebilmektedir. Bu bilgiler
de araştırmacıların daha kesin ve net yorum yapabilmesini sağlamaktadır. Kilin
elementel içeriği XRF analiziyle saptandıktan sonra uygun istatistiki yöntemler
(parametrik testler gibi) seçilerek aynı sahadan alınan diğer seramiklerin
elementel içerikleriyle kıyaslama da yapılabilmektedir. Antik Çağ seramik
teknolojisinin anlaşılması bakımından son derece önemli olan bu iki
spektroskopik yöntem arkeometrik çalışmalarda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.
Makalede, bu tekniklerin seramikler üzerinde nasıl uygulandığı ve yorumlandığı incelenmiştir.

Keywords

Seramik, Arkeometri, Spektroskopik Yöntemler, XRF, XRD

References

• Aoyama vd. 2018 H. Aoyama- K. Yamagiwa- S. Fujimot- J. Izumi- R. Ishikawa- S. Kameshima- T. Arakaki, “A new nondestructive approach to chemical analysis of potsherds using an X‐ray fluorescence microscope: Case study about the past pottery manufacture in the Yaeyama Islands”, X‐Ray Spectrometry 47, No. 4, 2018, 265-272.
• Appoloni vd. 2001 C. R. Appoloni- F. R. Espinoza Quinones- P. H. A. Aragao- A. O. dos Santos- L. M. da Silva- P. F. Barbieri- V. F. do Nascimento Filho- M. M. Coimbra, “EDXRF study of Tupi-Guarani archaelogical ceramics”, Radiation Physics Chemistry, No. 61, 2001, 711-712
• Aquilia vd. 2012 E. Aquilia- G. Barone- P. Mazzoleni- C. Ingoglia, “Petrographic and chemical characterisation of fine ware from three Archaic and Hellenistic kilns in Gela, Sicily”, Journal of cultural heritage 13, No. 4, 2012, 442-447.
• Bayazit vd. 2016 M. Bayazit- A. A. Akyol- H. Ö. Ersan Eruş- G. Taşkıran, “Seramik Arkeometrisinde Spektroskopik Yöntemler (FTIR, Raman)”, 10. Uluslararası Eskişehir Pişmiş Toprak Sempozyumu 17 Eylül-02 Ekim 2016, Bildiriler, 2016, 658-669.
• Brindley-Brown 1980 G. W. Brindley- G. Brown, “Quantitative X-ray mineral analysis of clays”, Crystal Structures of Clay Minerals and Their X-ray Identification, No. 5, 1980, 411-438.
• Cowgill 2015 G. L. Cowgill, “Some things I hope you will find useful even if statistics isn't your thing”, Annual Review of Anthropology, No.44, 2015, 1-14.
• Çelik Karakaya 2006 M. Çelik Karakaya, Kil Minerallerinin Özellikleri ve Tanımlama Yöntemleri, Ankara 2006.
• Ender 2006 B. Ender, Erzincan (Büyükardıç) ve Erzurum (Güllüdere, Tasmasor, Tetikom ve Mağaratepe) Kazılarından Ele Geçen Demir Çağına Ait Seramiklerin XRF Tekniği İle İncelenmesi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Anabilim Dalı, (Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi), Ankara 2006.
• Ergün 2006 N. Ergün, Adana-Yüceören, Urfa-Teleilat ve Sivas-Ziyaretsuyu Kazılarından Ele Geçen Helenistik Döneme Ait Arkeolojik Buluntuların XRF Tekniği İle Değerlendirilmesi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Anabilim Dalı, (Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi), Ankara 2006.
• Er 2011 M. B. Er, Mineralogy and Production Technology of Değirmentepe (Malatya) Pottery, Ortadoğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Arkeometri Anabilim Dalı, (Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi), Ankara 2011.
• Esin 1985 U. Esin, “Arkeolojide Kullanılan Arkeometrik Araştırmalara Genel Bir Bakış”, ArkST I, Ankara 1985, 1-6.
• Gürçal 2015 E. Gürçal, X-Işınları Floresans Tekniği İle Raman Spektroskopisi’nin Arkeolojide Kullanımı ve Gökçeada Uğurlu-Zeytinlik Yerleşmesindeki Malzemeler Üzerine Uygulamaları, Trakya Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Arkeoloji Anabilim Dalı, (Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi), Edirne 2015.
• James-Bragg 1948 R. W. James, Bragg- S. W. L. Bragg, The Optical Principles of the Diffraction of X-rays, London 1948.
• Kunç 1985 Ş. Kunç, “Arkeolojik Eserlerde İz Element Analiz Yöntemleri”, ArkST I, 1985, 47-54.
• Malayoğlu-Akar 1995 U. Malayoğlu- A. Akar, “Killerin Sınıflandırmasında ve Kullanım Alanlarının Saptanmasında Aranan Kriterlerin İrdelenmesi”, Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, İzmir 1995.
• Topaloğlu Uzunel 2015 A. Topaloğlu Uzunel, “Kilin Arkeolojideki Yeri”, 16. Kil Sempozyumu Çanakkale 18 Mart Üniversitesi, Çanakkale 2-5 Eylül 2015.
• Ichikawa vd. 2019 S. Ichikawa- T. Matsumoto- T. Nakamura- T. Kurisaki, “Provenance determination of prehistorical pottery from Oshima Island belonging to Izu islands (Tokyo, Japan) using X‐ray fluorescence spectrometry”, X‐Ray Spectrometry 48 (2), 2019, 107-125.
• Işık 2018 İ. Işık, “Karakterizasyon ve Tarihlendirme Çalışmalarının Arkeometrik Yöntemlerle İncelenmesi”, Cedrus VI, 2018, 713-736.
• Ionescu vd. 2007 C. Ionescu- L. Ghergari- M. Horga- G. Radulescu, “Early Medieval ceramics from the Viile Tecii archaeological site (Romania): an optical and XRD study”, Geologia 52 (2), 2007, 29-35.
• Palanivel-Rajesh Kumar 2011 R. Palanivel- U. Rajesh Kumar, “The mineralogical and fabric analysis of ancient pottery artifacts”, Ceramica 57, 2011, 56-62.
• Papachristodoulou vd. 2006 C. Papachristodoulou- A. Oikonomou- K. Ioannides- K. Gravani, “A study of ancient pottery by means of X-ray fluorescence spectroscopy, multivariate statistics and mineralogical analysis. Analytica Chimica Acta, 573-574, 2006, 347-353.
• Peisach vd. 1991 M. Peisach- C. A. Pineda- L. Jacobson- J. H. N. Loubser, “Analytical Study of Pottery from Soutpansberg”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, No. 151/1, 1991, 229-237.
• Pillay vd. 2000 A.E. Pillay- C. Punyadeera- L. Jacobson- J. Eriksen, “Analysis of Ancient Pottery and Ceramic Objects Using X-Ray Fluorescense Spectrometry”, X-Ray Spectrom, No. 29, 2000, 53-62.
• Ramli vd. 2011 Z. Ramli-Nik H. S. Nik A. Rahman- A. Jusoh- Y. Sauman, “X-Ray Diffraction and X-Ray Fluorescent Analyses of Prehistoric Pottery Shards from Ulu Kelantan”, American Journal of Applied Sciences, No. 8/12, 2011, 1337-1342.
• Rasmussen vd. 2012 K. L. Rasmussen- G. A. De La Fuente- A. D. Bond- K. K. Mathiesen- S.D. Vera, “Pottery firing temperatures: A new method for determining the firing temperature of ceramics and burnt clay”, Journal of Archaeological Science, No. 39/6, 2012, 1705-1716.
• Skoog vd. 1998 D. A. Skoog- F. J. Holler- T. A. Nieman, Principles of instrumental analysis. 5th. Thomson Learning, USA 1998, 849.
• Tang vd. 2001 C. C. Tang- E. J. MacLean- M. A. Roberts- D. T. Clarke- E. Pantos- A. J. N. W. Prag, “The study of Attic Black Gloss Sherds using Synchrotron X-ray Diffraction”, Journal of Archaeological Science, 28 (10), 2001, 1015-1024.
• Tarınç vd. 2019a O. K. Tarınç- Ö. Özer- F. Yalçin- M. G. Yalçin, “Akçay Köyü (Elmalı, Antalya) Bölgesi Mermerlerinin Kimyasal Özellikleri Kullanılarak İstatistiksel Değerlendirmesi”, International Symposium on Advanced Engineering Technologies, Kahramanmaraş, TÜRKIYE, 2-4 Mayıs 2019, 1333-1338.
• Tarınç vd. 2019b O. K. Tarınc- Ö. Özer- B. Aydin- M. G. Yalcin, “Comparison of Physico-Mechanical Properties of Clova and Lyca Marbles in Akcay (Antalya) Region by Using Independent-Samples T-test”, Proceedings Book of The 2nd Mediterranean International Conference of Pure & Applie Mathematics and Related Areas (MICOPAM), 2019, 28-31.
• Velraj vd. 2010 G. Velraj- R. Sudha- R. Hemamalini, “X-ray diffraction and TG-DTA studies of archaeological artifacts recently excavated in Salamankuppam Tamilnadu”, Recent Research in Science and Technology, No. 2/10, 2010, 89-93.
• Yalçın 2012 Ü. Yalçın, “Neden Arkeometri?”, Türkiye’de Arkeometrinin Ulu Çınarları Prof. Dr. Ay Melek Özer ve Prof. Dr. Şahinde Demirci’ye Armağan, (Eds. A.A. Akyol, K. Özdemir), İstanbul 2012, 39-42.
• Yalçın vd. 2019 F. Yalçin- Y. Ülkütanir- Ö. Özer, “İstatistiksel Analizlerde Bazı Parametrik Testler için Ampirik bir Uygulama: Akademik Başarı Değerlendirmesi”, International Symposium on Advanced Engineering Technologies, Kahramanmaraş, TÜRKIYE, 2-4 Mayıs 2019, 1446-1512.