Mössbauer spectroscopy: ጽንሰ-ሀሳብ፣ ባህሪያት፣ ዓላማ እና አተገባበር

2024 ደራሲ ደራሲ: Angel Austin | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2024-01-02 17:40

Mössbauer spectroscopy በሩዶልፍ ሉድቪግ ሞስባወር በ1958 በተገኘ ውጤት ላይ የተመሰረተ ዘዴ ነው። ልዩነቱ ዘዴው በጠጣር ንጥረ ነገሮች ውስጥ የጋማ ጨረሮችን ወደ ቀድሞ ሁኔታው መመለስ እና መለቀቅን ያካትታል።

እንደ ማግኔቲክ ሬዞናንስ፣ Mössbauer spectroscopy በአቶሚክ ኒውክሊየስ የኃይል ደረጃዎች ላይ ለአካባቢው ምላሽ የሚሆን ጥቃቅን ለውጦችን ይመረምራል። በአጠቃላይ ሶስት አይነት መስተጋብር ሊታዩ ይችላሉ፡

• ኢሶመር shift፣ ቀደም ሲል ኬሚካል ፈረቃ ተብሎም ይጠራል፤
• አራት እጥፍ መለያየት፤
• አልትራፊን መለያየት

በጋማ ጨረሮች ከፍተኛ ጉልበት እና እጅግ ጠባብ የመስመር ስፋት ምክንያት ሞስባወር ስፔክትሮስኮፒ በሃይል (በመሆኑም ድግግሞሹን) አፈታት ረገድ በጣም ስሜታዊ ቴክኒክ ነው።

መሰረታዊ መርህ

ሽጉጥ ሲተኮሰ ወደ ላይ እንደሚወጣ፣ ፍጥነቱን ጠብቆ ማቆየት ጋማ ሲለቀቅ ወይም ሲወስድ ወደነበረበት መመለስ (ለምሳሌ ጋዝ ውስጥ) ይፈልጋል።ጨረር. በእረፍት ላይ ያለ አቶም ጨረሩን ከለቀቀ ጉልበቱ ከተፈጥሮ ሽግግር ኃይል ያነሰ ነው። ነገር ግን ኮር በእረፍት ጊዜ የጋማ ጨረሩን ለመምጠጥ ኃይሉ ከተፈጥሮው ኃይል ትንሽ ከፍ ያለ መሆን አለበት, ምክንያቱም በሁለቱም ሁኔታዎች በማገገም ጊዜ ግፊቱ ይጠፋል. ይህ ማለት የኒውክሌር ሬዞናንስ (ተመሳሳይ ጋማ ጨረሮች በተመሳሳይ ኒውክሊየስ መለቀቅ እና መምጠጥ) በነጻ አተሞች አይታይም ፣ ምክንያቱም የኢነርጂ ለውጥ በጣም ትልቅ ስለሆነ እና የልቀት እና የመሳብ እይታ ጉልህ መደራረብ የለውም።

በጠንካራ ክሪስታል ውስጥ ያሉ ኒዩክሊሎች በክርታል ጥልፍልፍ የተሳሰሩ ስለሆኑ መብረቅ አይችሉም። በጠንካራ ውስጥ ያለው አቶም ጋማ ጨረሮችን ሲያመነጭ ወይም ሲወስድ አንዳንድ ሃይል አሁንም እንደ አስፈላጊ ማገገሚያ ሊጠፋ ይችላል፣ነገር ግን በዚህ ሁኔታ ሁሌም የሚከሰተው ፎኖንስ (የክሪስታል ላቲስ ኳንታይዝድ ንዝረት) በሚባሉ ልዩ ልዩ ፓኬቶች ውስጥ ነው። ማንኛውም የኢንቲጀር ፎኖኖች ቁጥር ሊለቀቅ ይችላል፣ ዜሮን ጨምሮ፣ እሱም "የማይመለስ" ክስተት በመባል ይታወቃል። በዚህ ሁኔታ የፍጥነት ጥበቃ የሚከናወነው በጠቅላላው ክሪስታል ነው ፣ ስለሆነም ምንም የኃይል ኪሳራ አይኖርም።

አስደሳች ግኝት

Moessbauer ጉልህ የሆነ የልቀት እና የመምጠጥ ክስተቶች ምንም ሳይመለሱ እንደሚቀሩ ተገንዝቧል። ይህ እውነታ ሞስባወርን ስፔክትሮስኮፒን የሚቻል ያደርገዋል፣ ምክንያቱም በአንድ አስኳል የሚመነጨው ጋማ ጨረሮች በተመሳሳዩ isotope ኒዩክሊየስ ባለው ናሙና በድምፅ ሊዋሃዱ ይችላሉ - እና ይህ መምጠጥ ሊለካ ይችላል።

የመምጠጥ ክፍልፋይ የሚተነተነው ኑክሌርን በመጠቀም ነው።የሚያስተጋባ የመወዛወዝ ዘዴ።

Mossbauer spectroscopy የት እንደሚካሄድ

በጣም በተለመደው መልኩ አንድ ጠንካራ ናሙና ለጋማ ጨረሮች ይጋለጣል እና ጠቋሚው በደረጃው ውስጥ ያለፈውን የጨረር መጠን ይለካል። በምንጩ ውስጥ ያሉት አተሞች ጋማ ጨረሮችን በሚስብ ናሙና ውስጥ ካለው ተመሳሳይ isotoppe ጋር ሊኖራቸው ይገባል።

አስጨናቂዎቹ እና የሚስቡ አስኳሎች በአንድ ኬሚካላዊ አካባቢ ውስጥ ቢሆኑ፣ የኑክሌር ሽግግር ሃይሎች በትክክል እኩል ይሆናሉ፣ እና ሁለቱም ቁሶች እረፍት ላይ እያሉ የሚያስተጋባ መምጠጥ ይስተዋላል። በኬሚካላዊው አካባቢ ያለው ልዩነት ግን የኑክሌር ኃይል መጠኑ በተለያዩ መንገዶች እንዲቀየር ያደርጋል።

ይድረስ እና ፍጥነት

በሞስባወር ስፔክትሮስኮፒ ዘዴ ምንጩ በተለያዩ ፍጥነቶች ላይ እየተጣደፈ ነው መስመራዊ ሞተር በመጠቀም የዶፕለር ተፅእኖን ለማግኘት እና የጋማ ሬይ ሃይልን በተወሰነ ጊዜ ውስጥ ይቃኛል። ለምሳሌ ለ57ፌ የተለመደ ክልል ±11 ሚሜ/ሰ (1 ሚሜ/ሰ=48.075 neV) ሊሆን ይችላል።

የሞስባወር ስፔክትሮስኮፒን እዚያ ማካሄድ ቀላል ነው፣ በተገኘው ስፔክትራ ውስጥ የጋማ ጨረሮች መጠን እንደ የምንጭ ፍጥነት መጠን ይገለጻል። ከናሙናው አስተጋባ የኃይል ደረጃዎች ጋር በሚዛመዱ ፍጥነቶች ውስጥ አንዳንድ የጋማ ጨረሮች ይዋጣሉ ፣ ይህም በሚለካው ጥንካሬ ውስጥ ጠብታ እና በንፅፅር ውስጥ ወደ ሚዛመደው ጠመዝማዛ ይመራል። የቁንጮዎቹ ቁጥር እና አቀማመጥ ስለ መምጠጥ ኒውክሊየስ ኬሚካላዊ አካባቢ መረጃን ይሰጣል እና ናሙናውን ለመለየት ሊያገለግል ይችላል። በዚህምየሞስባወር ስፔክትሮስኮፒ አጠቃቀም የኬሚካል ውህዶችን አወቃቀር ብዙ ችግሮችን ለመፍታት አስችሏል ፣ እሱ በኪነቲክስ ውስጥም ጥቅም ላይ ይውላል ።

ተገቢ ምንጭ መምረጥ

የሚፈለገው የጋማ ሬይ መሰረት ወደሚፈለገው isotop የሚበላሽ ራዲዮአክቲቭ ወላጅ ያካትታል። ለምሳሌ የ⁵⁷Fe ምንጩ ⁵⁷Coን ያቀፈ ሲሆን ይህም ኤሌክትሮን ከአስደሳች ሁኔታ ከ^{57 በማንሳት የተከፋፈለ ነው።} ፌ. እሱ, በተራው, ወደ ተጓዳኙ የኃይል ማመንጫው ጋማ ሬይ ዋና ቦታ ይበሰብሳል. ራዲዮአክቲቭ ኮባልት በፎይል ላይ ይዘጋጃል, ብዙ ጊዜ rhodium. በሐሳብ ደረጃ, isootope ምቹ ግማሽ-ሕይወት ሊኖረው ይገባል. በተጨማሪም የጋማ ጨረሩ ኃይል በአንጻራዊ ሁኔታ ዝቅተኛ መሆን አለበት, አለበለዚያ ስርዓቱ ዝቅተኛ የማይመለስ ክፍልፋይ ይኖረዋል, ይህም ደካማ ሬሾ እና ረጅም የመሰብሰቢያ ጊዜን ያስከትላል. ከዚህ በታች ያለው ወቅታዊ ሰንጠረዥ ለኤምኤስ ተስማሚ የሆነ isotope ያላቸውን ንጥረ ነገሮች ያሳያል። ከነዚህም ውስጥ ^{57F ዛሬ በዚህ ዘዴ የተጠና በጣም የተለመደ አካል ነው፣ ምንም እንኳን SnO₂ (Mössbauer spectroscopy, cassiterite) እንዲሁ ብዙ ጊዜ ጥቅም ላይ ይውላል።}

የMossbauer spectra

ከላይ እንደተገለፀው እጅግ በጣም ጥሩ የኢነርጂ መፍታት አለው እና በተዛማጅ አተሞች በኒውክሌር አካባቢ ላይ ትንሽ እንኳን ለውጦችን መለየት ይችላል። ከላይ እንደተገለፀው ሶስት አይነት የኑክሌር ግንኙነቶች አሉ፡

• isomer shift፤
• አራት እጥፍ መለያየት፤
• አልትራፊን መለያየት።

Isomeric shift

የ isomer shift (δ) (አንዳንዴም ኬሚካላዊ ተብሎም ይጠራል) አንጻራዊ ልኬት ነው ኤሌክትሮኖችን በs-orbitals ውስጥ በማስተላለፍ ምክንያት የኒውክሊየስን አስተጋባ ሃይል ለውጥ የሚገልጽ ነው። በ s-ኤሌክትሮን የኃይል መጠን ላይ በመመስረት ጠቅላላው ስፔክትረም ወደ አዎንታዊ ወይም አሉታዊ አቅጣጫ ይቀየራል። ይህ ለውጥ የሚከሰተው ኤሌክትሮኖች በሚዞሩበት ዜሮ ያልሆነ ዕድል እና ኒውክሊየስ ዜሮ ያልሆነ መጠን በሚሽከረከሩት ኤሌክትሮኖች መካከል ባለው የኤሌክትሮስታቲክ ምላሽ ለውጥ ምክንያት ነው።

ምሳሌ፡- ቲን-119 በሞስባወር ስፔክትሮስኮፒ ጥቅም ላይ ሲውል፣ ከዚያም አቶም እስከ ሁለት ኤሌክትሮኖች የሚለግሱበት የዲቫለንት ብረት መለያየት (አይኑ Sn²⁺ ይባላል።) እና የአራት-ቫለንት (ion Sn^{4+) ግንኙነት፣ አቶም እስከ አራት ኤሌክትሮኖች የሚጠፋበት፣ የተለያዩ ኢሶሜሪክ ፈረቃዎች አሏቸው።}

s-orbitals ብቻ ሙሉ ለሙሉ ዜሮ ያልሆነ ዕድል ያሳያሉ፣ምክንያቱም ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ክብ ቅርጻቸው በኒውክሊየስ የተያዘውን መጠን ያካትታል። ነገር ግን፣ ፒ፣ ዲ እና ሌሎች ኤሌክትሮኖች በማጣራት ተጽእኖው density s ላይ ተጽእኖ ሊያሳድሩ ይችላሉ።

Isomer shift ከዚህ በታች ባለው ፎርሙላ መገለጽ የሚቻለው K የኑክሌር ቋሚ በሆነበት በ R_e² እና R መካከል ያለው ልዩነት ነው። _g² - ውጤታማ የኑክሌር ኃይል ክፍያ ራዲየስ በአስደሳች ሁኔታ እና በመሬቱ ግዛት መካከል እንዲሁም በ[Ψ_{s መካከል ያለው ልዩነት} 2^{(0)]፣ a እና [Ψ}s2^(0)] b _{በኒውክሊየስ ላይ ያለው የኤሌክትሮን ጥንካሬ ልዩነት (a=ምንጭ፣ b=ናሙና)። የኬሚካል ለውጥእዚህ የተገለጸው isomer በሙቀት መጠን አይለወጥም፣ ነገር ግን ሞስባወር ስፔክትራ በተለይ ሁለተኛ ደረጃ የዶፕለር ውጤት በመባል በሚታወቀው አንጻራዊ ውጤት ምክንያት ስሜታዊ ናቸው። እንደ ደንቡ፣ የዚህ ተፅዕኖ ተጽእኖ ትንሽ ነው፣ እና የIUPAC መስፈርት የ isomer shift ምንም ሳያስተካክል ሪፖርት እንዲደረግ ይፈቅዳል።}

ማብራሪያ በምሳሌ

ከላይ በምስሉ ላይ የሚታየው የእኩልታ አካላዊ ትርጉም በምሳሌ ሊገለፅ ይችላል።

የኤስ-ኤሌክትሮኖች ብዛት በ⁵⁷ Fe ስፔክትረም ውስጥ መጨመር አሉታዊ ለውጥ ያመጣል፣ በውጤታማው የኑክሌር ክፍያ ላይ ያለው ለውጥ አሉታዊ ነው (በአር ምክንያት) _{e <R}g_{፣ በ}119 ^{Sn ውስጥ የኤስ-ኤሌክትሮኖች ብዛት መጨመር አወንታዊ ለውጥ ይሰጣል። በጠቅላላው የኒውክሌር ክፍያ ላይ አዎንታዊ ለውጥ ለማምጣት (በ R e}> R_g)_።

Oxidized ferric ions (ፌ³⁺) ከ ferrous ion (ፌ^{2+) ያነሱ የኢሶመር ፈረቃ አላቸው ምክንያቱም የ s ጥንካሬ -በዲ-ኤሌክትሮኖች ደካማ መከላከያ ተጽእኖ ምክንያት በፌሪክ ionዎች እምብርት ውስጥ ያሉ ኤሌክትሮኖች ከፍ ያሉ ናቸው።}

Isomer shift ኦክሳይድ ግዛቶችን፣ ቫልንስ ግዛቶችን፣ ኤሌክትሮኖችን መከላከያ እና ኤሌክትሮኖችን ከኤሌክትሮኔጌቲቭ ቡድኖች የማስወጣት ችሎታን ለመወሰን ይጠቅማል።

ባለአራት እጥፍ መለያየት

ባለአራት እጥፍ ክፍፍል በኑክሌር ሃይል ደረጃዎች እና በአከባቢው የኤሌክትሪክ መስክ ቅልመት መካከል ያለውን መስተጋብር ያሳያል።ሉላዊ ያልሆነ ክፍያ ስርጭት ባላቸው ግዛቶች ውስጥ ያሉ ኒውክላይዎች፣ ማለትም፣ የማዕዘን ኳንተም ቁጥሩ ከ1/2 በላይ የሆነባቸው ሁሉም የኑክሌር ባለአራት እጥፍ አፍታ አላቸው። በዚህ ሁኔታ፣ ያልተመጣጠነ የኤሌክትሪክ መስክ (በአሲሚሜትሪክ ኤሌክትሮኒክ ቻርጅ ማከፋፈያ ወይም ሊጋንድ ዝግጅት የሚመረተው) የኑክሌር ኃይል ደረጃዎችን ይከፋፍላል።

በአይሶቶፕ ሁኔታ ውስጥ I=3/2፣ እንደ ⁵⁷ Fe ወይም ¹¹⁹ Sn፣ የተደሰተበት ሁኔታ በሁለት ንዑስ ግዛቶች ይከፈላል፡ m_I=± 1/2 እና m_{I=± 3/2። ከአንዱ ግዛት ወደ አስደሳች ሁኔታ የሚደረጉ ሽግግሮች በስፔክትረም ውስጥ እንደ ሁለት ልዩ ጫፎች ይታያሉ ፣ አንዳንድ ጊዜ እንደ “ድርብ” ይባላሉ። ባለአራትዮሽ ክፍፍል የሚለካው በእነዚህ ሁለት ጫፎች መካከል ያለው ርቀት ሲሆን በኒውክሊየስ ውስጥ ያለውን የኤሌክትሪክ መስክ ባህሪ ያሳያል።}

ባለአራት እጥፍ ክፍፍል የኦክሳይድ ሁኔታን፣ ሁኔታን፣ ሲምሜትሪ እና የሊንጋድን አደረጃጀት ለመወሰን ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል።

መግነጢሳዊ አልትራፊን ክፍፍል

በኒውክሊየስ እና በዙሪያው ባሉ ማግኔቲክ መስክ መካከል ያለው መስተጋብር ውጤት ነው። እሽክርክሪት ያለው ኒውክሊየስ መግነጢሳዊ መስክ በሚኖርበት ጊዜ ወደ 2 I + 1 የሱብነርጂ ደረጃዎች ይከፈላል ። ለምሳሌ፣ ስፒን ሁኔታ I=3/2 ያለው ኒውክሊየስ ወደ 4 ያልተበላሹ ንዑስ ግዛቶች ይከፈላል እና እሴቶች m_I +3/2፣ +1/2፣ - 1/ 2 እና -3/2. እያንዳንዱ ክፍልፍል ከፍተኛ ጥራት ያለው ነው፣ በ10^{-7 ኢቪ። የመግነጢሳዊ ዲፕሎሎች የመምረጫ ህግ ማለት በአስደሳች ሁኔታ እና በመሬት ሁኔታ መካከል ያሉ ሽግግሮች ሊከሰቱ የሚችሉት m ወደ 0 ወይም 1 በሚቀየርበት ጊዜ ብቻ ነው. ይህም ከ ለመሄድ 6 ሊሆኑ የሚችሉ ሽግግሮችን ይሰጣል.3/2 እስከ 1/2. በአብዛኛዎቹ አጋጣሚዎች በሃይፐርፋይን ክፍፍል በተፈጠረው ስፔክትረም ውስጥ 6 ጫፎች ብቻ ሊታዩ ይችላሉ።}

የመከፋፈሉ ደረጃ በኒውክሊየስ ላይ ካለ ማንኛውም መግነጢሳዊ መስክ ጥንካሬ ጋር ተመጣጣኝ ነው። ስለዚህ, መግነጢሳዊ መስክ በውጫዊ ጫፎች መካከል ካለው ርቀት በቀላሉ ሊታወቅ ይችላል. በፌሮማግኔቲክ ቁሶች፣ ብዙ የብረት ውህዶችን ጨምሮ፣ የተፈጥሮ ውስጣዊ መግነጢሳዊ መስኮች በጣም ጠንካራ ናቸው እና ውጤታቸውም ስፔክተሩን ይቆጣጠራሉ።

የሁሉም ነገር ጥምረት

ሶስት ዋና የሞስባወር መለኪያዎች፡

• isomer shift፤
• አራት እጥፍ መለያየት፤
• አልትራፊን መለያየት።

ሦስቱም እቃዎች ብዙውን ጊዜ ከመመዘኛዎች ጋር በማነፃፀር አንድን የተወሰነ ውህድ ለመለየት ጥቅም ላይ ሊውሉ ይችላሉ። በሁሉም የሞስባወር ስፔክትሮስኮፒ ውስጥ የሚሰራው ይህ ስራ ነው። አንዳንድ የታተሙ መለኪያዎችን ጨምሮ አንድ ትልቅ የውሂብ ጎታ በመረጃ ማእከሉ ተጠብቆ ይቆያል። በአንዳንድ ሁኔታዎች ውህድ ለሞስባወር ንቁ አቶም ከአንድ በላይ ሊሆን የሚችል ቦታ ሊኖረው ይችላል። ለምሳሌ፣ የማግኔትቴት ክሪስታል መዋቅር (ፌ₃ O_{4) ለብረት አተሞች ሁለት የተለያዩ ቦታዎችን ይይዛል። ስፔክትረም 12 ጫፎች አሉት፣ ለእያንዳንዱ እምቅ የአቶሚክ ቦታ ሴክስቴት ከሁለት ስብስቦች ጋር ይዛመዳል።}

Isomeric shift

የሞስባወር ስፔክትሮስኮፒ ዘዴ ሦስቱም ተፅዕኖዎች ብዙ ጊዜ ቢታዩም ሊተገበር ይችላል። በእንደዚህ ዓይነት ሁኔታዎች ውስጥ የኢሶሜሪክ ሽግግር በሁሉም መስመሮች በአማካይ ይሰጣል. አራቱም ሲሆኑ ባለአራት እጥፍ መለያየትየተደሰቱ ንዑስ ግዛቶች እኩል አድሏዊ ናቸው (ሁለት ንዑስ ግዛቶች ወደላይ እና ሁለቱ ወደ ታች ናቸው) የሚወሰነው ከውስጥ አራት አንፃር በሁለቱ ውጫዊ መስመሮች በማካካስ ነው። አብዛኛውን ጊዜ ለትክክለኛ እሴቶች ለምሳሌ በቮሮኔዝ በሚገኘው በሞስባወር ስፔክትሮስኮፒ ላብራቶሪ ውስጥ ተስማሚ ሶፍትዌር ጥቅም ላይ ይውላል።

በተጨማሪ የልዩ ልዩ ጫፎች አንጻራዊ ጥንካሬዎች በናሙና ውስጥ ያሉትን ውህዶች ውህዶች የሚያንፀባርቁ እና ለከፊል መጠናዊ ትንተና ሊያገለግሉ ይችላሉ። የፌሮማግኔቲክ ክስተቶች በመጠን ላይ የተመሰረቱ በመሆናቸው በአንዳንድ ሁኔታዎች ስፔክትራ ስለ ክሪስታላይቶች መጠን እና የእቃውን የእህል አወቃቀሮች ግንዛቤ ሊሰጥ ይችላል።

Mossbauer spectroscopy settings

ይህ ዘዴ ልዩ ተለዋጭ ነው፣ የሚፈነጥቀው ንጥረ ነገር በሙከራ ናሙና ውስጥ የሚገኝ እና የሚምጠው ኤለመንት በመደበኛው ውስጥ ነው። ብዙ ጊዜ ይህ ዘዴ በጥንድ ⁵⁷Co / ⁵⁷ፌ ላይ ይተገበራል። የተለመደው መተግበሪያ በሃይድሮ ሰልፈርራይዜሽን ውስጥ ጥቅም ላይ በሚውለው ሞርሞር ኮ-ሞ ማነቃቂያዎች ውስጥ የኮባልት ቦታዎችን መለየት ነው። በዚህ አጋጣሚ ናሙናው በ^57ኮ።