Mössbauer Espektrometroa

Edukia
1. Zer da Mössbauer espektroskopia?
    1.1 Mössbauer espektrometroaren aurkikuntza
    1.2 Mössbauer efektua
    1.3 Mössbauer espektrometroaren funtzionamendu-printzipioa
2. Mössbauer espektrometroaren ezaugarria
    2.1 Mössbauer espektrometroaren abantailak
    2.2 Mössbauer espektrometroaren desabantailak
3. Mössbauerren espektroskopia esperimentua
4. Nola erosi Mössbauer espektroskopia?

Mössbauer espektrometroa substantzien γ izpien atzerakadarik gabeko erresonantzia xurgatzeko efektua zehazteko erabiltzen den tresna da.

Mossbauer espektrometroa fisika nuklearrean ditu sustraiak, baina oso barneratuta dago arlo tekniko askotan, hala nola kimikan, egoera solidoko fisikan, metalurgian, geologian, materialen zientzian, arkeologian eta ingurumen zientzian. Material amorfoak, gainazal solidoak eta katalisi kimikoa, mineralogia, egitura kimikoa eta lotura kimikoak, sare-dinamika eta fase-trantsizioak, material magnetikoak eta eremu ultrafinak aztertzeko, erradiazio-kalteak eta ioien injekzioa, metalak eta aleazioak, elektroiak aztertzeko erabil daiteke. polarizazioa, sare-akatsak... Orokorrean, materiaren mikroegitura aztertzen den ia arlo zientifiko guztietan aurki daiteke.

1958an, RL Mossbaure fisikari alemaniar gazteak aurkitu zuen Mössbauer efektua Ir nukleo atomikotik Y izpien erresonantzia-xurgapena lantzen ari den bitartean.

Mossbauer efektua benetan atzerakadarik gabeko Y izpien erresonantzia xurgapen-fenomenoa da. 1961ean, Mössbauer-i Fisikako Nobel Saria eman zioten fenomeno honengatik.

Gaur egun, 42 elementu kimikok (uranio osteko elementuak kenduta) Mössbauer efektua dutela aurkitu da, eta 100 isotopo baino gehiagoren 80 trantsizio nuklear baino gehiago aurkitu dira. Hala ere, ez da aurkitu Mössbauer-eko elementu kimikorik potasioa baino arinagoa.

Mössbauer efektua atzerakadarik gabeko nukleo atomiko baten y izpien igorpenaren eta erresonantzia xurgatzearen fenomenoa da, hau da, kitzikaturiko nukleo batek igorritako y izpien fotoiak oinarrizko egoeran dagoen elementu bereko beste nukleo atomiko batek xurgatzen dituela eta egoera kitzikatura jauzi egiten duela. .

Doppler efektua Y izpien fotoien energia modulatzeko erabiltzen da, y izpien iturriaren eta xurgatzailearen arteko abiadura erlatiboa egokituz, erresonantzia-absortzio eragiteko. Xurgatzailetik igaro ondoren Yy izpien fotoiaren estekiometriaren eta Doppler abiaduraren (Y izpien fotoien energia adierazten duen) arteko aldakuntzaren kurbari deritzo. mussburger espektroa.

Egitura Mössbauer espektrometroa batez ere, iturri erradioaktibo batek, unitate eragile batek, anplifikadore batek, γ izpien detektagailu batek eta datuak grabatzeko gailu batek osatzen dute. urtean transmisioa Mössbauer espektroa, xurgapen gailurrak alderantzikatu egiten dira, transmisio-zenbaketa-tasa txikiagotzen delako xurgapenak oihartzuna hartzen duenean. Espektro sinple batzuetarako, analisi kualitatiboa baino ez da behar informazio baliotsua lortzeko, eta espektro konplexuetarako, berriz, zatitutako gailurretan egokitu eta gero lerro espektral teorikoekin alderatu behar da informazio erabilgarria lortzeko.

A iturri erradioaktiboa gamma izpiak energia espezifikoa ematen dituen iturria da eta laginaren (xurgatzailea) arabera hautatzen da. Musburger iturri arruntak 57Co, 119Sn eta 121Sb dira. Musburger-en nukleoak ez daude uniformeki banatuta eta gehienbat 50-80 zenbaki atomikoetan kontzentratzen dira. Musburger nukleorik arinena 40K-koa da.

Gidatzeko gailua erradiazio iturriaren mugimendua lortzeko erabiltzen da, maiztasuna edo energia Doppler efektuaren arabera modulatzeko.

Igorritako γ izpiak detektatzeko detektagailuak erabiltzen dira. Musburger iturrietatik irradiatutako γ izpi gehienak ez dira monokromatikoak, beraz, detektagailu egoki bat aukeratu behar da. γ izpien energia Mössbauer nukleoak oro har, 10-100 keV bitartekoa da, eta, beraz, ratio positiboaren kontagailuak, NaI(TI) zintilazio-detektagailuak eta erdieroale-detektagailuak erabil daitezke.

a. Ekipoen eta neurketen sinpletasuna.

b. Informazio fisiko eta kimiko askoren eskuragarritasuna aldi berean.

c. Sentsibilitate eta bereizmen handia.

d. Ez-suntsitzailea alearentzat.

e. Nukleo espezifikoek soilik dute erresonantzia-xurgapena, eta Mössbauer efektua ez dute beste elementu batzuek oztopatzen.

f. Mössbauer efektua Oro har, 2 nm barruko ingurune estranuklearrak eragiten du, eta oso egokia da material kristalino finak eta amorfoak detektatzeko.

g. Aztergai dugun objektua eroale, erdieroale edo isolatzaile bat izan daiteke, eta alea material kristalinoa edo amorfo bat, film mehe bat edo solido baten gainazaleko geruza bat, edo hautsa, partikula ultrafin bat edo baita izoztutako soluzio bat ere. .

a. Ezin da gasak eta likido likatsuak neurtu.

b. Nukleo kopuru mugatu batek baino ez du Mössbauer efektua, elementu komunak Fe, Sn eta Sb izanik.

c. Esperimentu asko tenperatura baxuetan edo iturri prestatzaileen baldintzetan egin behar dira.

Mössbauer espektroskopia ikertzaileei elementuen egitura aztertzeko aukera ematen die isomero-aldaketaren, momentu laupolarren zatiketaren eta zatiketa hiperfin magnetikoaren bidez, nukleo atomikoen egitura-elementuak aztertzeko.

Isomero-aldaketak lotura kimikoei, balentzia-egoerei eta koordinazio-taldeei buruzko informazioa eman dezake. Iturburu intzidentearen eta xurgatzailearen nukleoen ingurunea desberdinak direnean, xurgatzailearen eta iturriaren arteko energia-diferentzia bat gertatzen da, desplazamendu anomalo homogeneoa deitzen dena, δ edo IS gisa adierazten dena.

Desplazamendu anomalo homogeneoa posizio nuklearrean dagoen elektroi-karga-dentsitatearen araberakoa da nagusiki, hau da, nukleoaren inguruko elektroien parekatze egoerarekin lotuta dagoena. Mössbauer atomoa. δ positiboa edo negatiboa izan daiteke, eta δ positiboak adierazten du nukleoan iturri erradioaktibotik xurgatzailera dagoen elektroi-karga-dentsitatea handitzen ari dela eta nukleoaren bolumena gutxitzen ari dela, eta alderantziz. Baldin eta egoera kimikoa duen Mössbauer atomoak intzidentzia iturrian xurgatzailearen berdina da, desplazamendu kimikoa zero da. Noiz Mössbauer-en espektro-atomoak balentzia-egoera desberdinetan eta spin-egoera desberdinetan daude, printzipioz desplazamendu kimiko desberdinak daude.

Musburger espektroskopia efektuak erresonantzia-xurgapena du nukleo espezifikoetarako soilik, beraz, proba zuzenduta dago eta ez du beste elementu batzuekin oztopatzen. Musburger espektroskopiaren soiltasunak eta bereizmen eta sentikortasun handiko probak ez-suntsitzaileen tresna bihurtzen dute informazio fisikokimiko ugari aldi berean emateko. Ondorioz, asko erabili daiteke elementuen aplikazio espezifikoetan. Musburger efektua, oro har, 2 nm-ko ingurunetik kanpoko inguruneak eragiten du eta, beraz, oso egokia da material kristalino finak eta amorfoak detektatzeko. Aztergaia eroalea, erdieroalea edo isolatzailea, material kristalinoa edo amorfoa, edo hauts edo partikula ultrafin bat izan daiteke. Gaur egun, Musburger espektroskopia ondo ezarrita dago burdin espezieen karakterizaziorako.

Azken urteotan, Fe duten katalizatzaileak aztertzen ari diren hainbat ikertzaile Musburgerren espektroskopia erabiltzen hasi dira Fe nanomaterialetan Fe-ren koordinazio-ingurunea karakterizatzeko, eta horrek oinarri esperimentala ematen du Fe-k katalizatzaileetan duen eginkizunari buruz. Prozesu elektrokimikoetan zehar material katalitikoetan burdin-espezieen aldaketak ezaugarritzen saiatu dira in situ Musburger espektroskopia probak erabiliz, haien jardueraren iturria adierazteko. Musburger espektroaren seinale bilketak proban dagoen materialaren xurgapen kopuru jakin bat eskatzen duenez seinale esanguratsu bat lortzeko. Burdin naturalarentzat, Musburgerren espektro-seinalea ekoitzi dezakeen 57Fe-ren ugaritasuna % 0.04 ingurukoa baino ez da, eta burdin-karbonozko material elektrokatalitikoentzat, dagoeneko burdin-eduki txikia dutenentzat, 57Fe-ren kantitatea are txikiagoa da eta ez da nahikoa. proba esperimentaletarako. Hori dela eta, 57Fe isotopoa erabili behar da probarako material katalitikoak prestatzeko. 57Fe isotopoetan aberatsak diren saiakuntza-materialak prestatzeaz gain, proban zehar γ izpien ur-geruzak duen eragina ahultzea kontuan hartu behar da. Hori dela eta, zelula elektrolitiko bereziak diseinatu behar dira proba-leihoan ahalik eta ur-geruza meheena izateko, Musburger espektroskopiarako in situ proba elektrokimikoen baldintzen proba-baldintzak betetzeko.

Momentu laukupoloen zatiketa ezaugarri nagusiak, molekulak eta elektroiak dituen egitura ematen dio. Eremu elektrikoaren gradientea nulua ez denean eta nukleoaren karga-banaketa esferikoki simetrikoa ez denean, momentu koadripolo elektrikoa dago. Interakzio koadripolo elektrikoek energia-maila sinpleen ezabaketa partziala ahalbidetzen dute, beraz, zatiketa hiperfina. Fe koadripoloaren zatiketak Mu espektroko gailur bikoitzaren irudia sortzen du, eta Mu espektroko gailur bikoitzen arteko distantzia parametroa ∆Q edo QS bidez adierazten da.

Energia nuklearra eta laupoloen zatiketa
(57Fe xurgatzaileen energia maila / Musburger espektroan dagozkion gailur bimodalak lau mailako momentu zatiketarekin)

Askotan nukleotik kanpo elektroiek osatutako eremu magnetiko bat egon ohi da, energia nuklearraren maila gehiago zatitzea eragin dezakeena, Seeman nuklear efektu bezala ere ezaguna. Irudian ikusten den bezala,57 Fe atomoaren inguruko elektroiek eremu magnetikoa sortzen dute, eta Fe nukleoko energia-mailak zatituko dira sei jauzi nuklear posible egiteko eta sei pikoko espektro bat sortzeko. Sei gailurren posizioek eta Hf parametroek energia nuklearraren mailen zatiketa hiperfina islatzen dute.

57Fe kitzikatuaren eta oinarrizko egoeraren zatiketa hiperfina
(Zatiketa hiperfin magnetikoaren sei aldiz gailurraren irudikapen eskematikoa 57Fe xurgatzaileen energia mailan / dagokion Musburger espektroan)

Gurea interesatzen bazaizu Mössbauer espektroskopia edo zalantzaren bat baduzu, idatzi mezu elektroniko bat helbide honetara [posta elektroniko bidez babestua], ahalik eta azkarren erantzungo dizugu.