Espectroscòpia Mössbauer

L'espectroscòpia Mössbauer, (en alemà: Mößbauer), és una tècnica espectroscópica basada en l'emissió i l'absorció resonante de rajos gamma en sòlits. Esta emissió i absorció resonante va ser primer observada per Rudolf Mössbauer en 1957 i és cridada l'efecte Mössbauer en el seu honor. L'espectroscòpia Mössbauer és similar a l'Espectroscòpia de resonància magnètica nuclear (RMN) en que sondeja transicions nuclears i aixina és sensible a les similars interaccions electró-núcleu com a causa el desplaçament químic RMN. Ademés, per l'alta energia i als extremadament estrets amples de llínea dels rajos gamma, és una de les tècniques més sensibles en térmens de resolució d'energia que té la capacitat de detectar canvis d'a penes algunes parts per 10¹¹.

Erro al crear miniatura:

Espectroscòpia Mössbauer

Erro al crear miniatura:

Un espectre d'absorció Mössbauer de el ⁵⁷Fe, una divisió Zeeman. Divisió d'un pic senzill, en típicament sis picos no degenerados, com a resultat de l'interacció entre el núcleu i qualsevol camp magnètic circumdant.

Método típic

En la seua forma més comuna, l'espectroscòpia d'absorció de Mössbauer, una mostra sòlida és exposta a un raig de radiació gamma, i un detector medix l'intensitat de la radiació del raig transmés a través de la mostra. Els àtoms en la font que emet els rajos gamma deuen ser del mateix isòtop que els àtoms en la mostra que els absorbix. D'acort en l'efecte Mössbauer, una fracció significativa (donada pel factor Lamb-Mössbauer) dels rajos gamma emesos no perdrà energia per a retrocedir i per lo tant tindrà aproximadament l'energia correcta a ser absorbida pels àtoms del blanc, les úniques diferències són atribuibles a l'ambient químic del blanc, que és lo que es desija observar. L'energia del raig gamma de la font és variada en l'efecte Doppler accelerant-ho a través d'un ranc de velocitats en un motor llineal. Un ranc típic de velocitats per a el ⁵⁷Fe pot ser +/-11 mm/s (1 mm/s = 48.075 neV).

En els espectres resultants, l'intensitat del raig gamma és traçada com una funció de la velocitat de la font. En les velocitats corresponents als nivells d'energia resonante de la mostra, alguns dels rajos gamma són absorbits, resultant una caiguda en l'intensitat medida i una corresponent immersió en l'espectre. El número, les posicions, i les intensitat de les immersions (també cridades picos) proporcionen l'informació sobre l'ambient químic dels núcleus absorbents i poden ser usats per a caracterisar la mostra.

Una llimitació important de l'espectroscòpia Mössbauer està trobar una font convenient de raig gamma. Usualment, açò consistix en un pare radiactiu que decau a l'isòtop desijat. Per eixemple, la font per a ⁵⁷Fe consistix de ⁵⁷Co, que experimenta una decaiguda beta a un estat excitat ⁵⁷Fe i posteriorment decau a l'estat fonamental emetent el raig gamma desijat. Idealment el pare tindrà una vida mija suficientment llarga per a ser útil, pero també tindrà una taxa de decaiguda suficient per a suministrar l'intensitat necessària de radiació. També, l'energia del raig gamma deu ser relativament baixa, de lo contrari el sistema tindrà una baixa fracció lliure de reculada (vore l'efecte Mössbauer) resultant una pobra relació de senyal/soroll i requerint temps llarcs de colecció. La taula periòdica d'avall indica els elements que tenen un isòtop convenient per a l'espectroscòpia Mössbauer. D'estos, el ⁵⁷Fe és per molt el més comú element estudiat usant la tècnica, encara que ¹²⁹I, ¹¹⁹Sn, i ¹²¹Sb són també s'estudiats en freqüència.

Anàlisis dels espectres de Mössbauer

Com es descriu anteriorment, l'espectroscòpia Mössbauer té una resolució extremadament fina en energia i pot detectar inclús canvis sotils en l'entorn nuclear dels àtoms. Típicament, hi ha tres tipos d'interaccions nuclears que són observades, desplaçament isomérico, desdoblament cuadrupolar, i desdoblament magnètic.

• El desplaçament isomérico (suma del desplaçament químic i del desplaçament tèrmic) reflectix l'enllaç químic dels àtoms i està relacionat en la densitat electrònica en el núcleu. El desplaçament isomérico és observat en els espectres com a desplaçament (tant a l'esquerra com a la dreta) de tots els picos corresponents a un entorn atòmic particular.
• La desdoblament cuadrupolar reflectix l'interacció entre el cuadrupolo nuclear i el gradient del camp elèctric circumdant (EFG, Electric Field Gradient). Com el seu nom implica, esta interacció “dividix” les, d'una atra manera degeneradas, transicions nuclears d'un sol pic a dos o més picos. El desdoblament cuadrupolar es medix com la separació entre estos picos i reflectix el caràcter del camp elèctric en el núcleu, i es pot calcular seguint l'algoritme present en.

• El desdoblament magnètic (també desdoblament Zeeman) és un resultat de l'interacció entre el núcleu i qualsevol camp magnètic circumdant. Típicament, açò desdobla el pic senzill en sis picos no degenerados (com es mostra en l'image de dalt, per a la transició 1/2-3/2). La divisió hiperfina usualment medida com la distància entre la part més externa d'estos sis picos. El desdoblament magnètic és especialment important en l'espectroscòpia Mössbauer dels composts que contenen ferro, que en freqüència són ferromagnéticos o antiferromagnéticos, resultant en forts camps magnètics interns. En casos a on té lloc tant l'interacció cuadrupolar com l'interacció magnètica, l'espectre encara consistirà de sis picos, encara que les posicions dels picos es desplaçarà depenent de l'energia relativa de cada tipo d'interacció.

Els tres paràmetros de Mössbauer (desplaçament isomérico, desdoblament cuadrupolar, i desdoblament magnètic) en freqüència poden ser usats per a identificar un compost particular. Una base de senyes gran incloent la major part dels paràmetros publicats de Mössbauer disponibles en la lliteratura és mantinguda pel Mössbauer Effect Data Center. En alguns casos, un compost pot tindre més d'un tipo de lloc que els àtoms rellevants ocupen. En tals casos, ya que cada lloc té un entorn únic, tindrà el seu propi conjunt de picos. Per eixemple, l'hematites (Fe₂O₃) conté dos llocs cristalográficos per als àtoms de ferro i l'espectre corresponent té dotze picos, sis que corresponen a cada tipo de lloc. Aixina, la hematita també té dos conjunts de paràmetros de Mössbauer, un per a cada lloc cristalográfico.

Ademés de l'identificació, les intensitat relatives dels varis picos reflectixen les concentracions relatives dels composts en la mostra i poden ser usades per a l'anàlisis semicuantitativo. També, ya que els fenomens ferromagnéticos són depenents del tamany, en alguns casos, els espectres poden proporcionar un enteniment profunt del tamany de cristalito i l'estructura granular d'un material.

Vore també

• Rudolf Ludwig Mößbauer
• Efecte Mössbauer