Мессбауэр спектроскопиясы

Талдаудың радиометрлік әдістері. Мессбауэр спектроскопиясы


Бұл әдіс Мессбауэр эффектісі.  шығарудың флуоресценциялы резонанстық спектроскопиясы, ядролық гамма-резонанс. ү-резонансты спектроскопия деп те аталады. 1958 жылы Р.П.Мессбауэр өз есімімен аталатын эффектіні ашты. Бұл атаумен жалпы атомдардың ядросы ү-кванттарды сыртқа шығару, сіңіру
және шашырату сияқты кұбылыстар біріктіріледі. Бұл әдіс оптикалық резонансты флуоресценцияға ұқсас, бірақ одан айырмашылығы - мұнда атомның емес, ядроның энергетикалық деңгейге ауысу
жүреді, тиісті тәжірибелік жағдайларда флуоресцентті - сәуле шығару барынша айқын көрінетін сызықтармен сипатталынады.

Атап айтқанда 67 резонансты - сәуле шығарудың жартылай ені 4,8 • 10 −11 э эВ тең, бұл 93 кэВ-қа тең - квант энергиясының шамамен
2 • 10−13 проценттен құрайды. Салыстыру үшін мырыштын (Zn) рентген сәуле шығарудың К-сызығын алса, оның жартылай ені фотон энергиясы 8,6-кэВ-қа тең болғанда 4,7 • 10−8 эВ құрайды
(2:10+11 қатынасы), яғни γ-сәуле шығарудан гөрі сызықтары он мың
еседей кең.

γ-Кванттарды шығарғанда атом ядросы қалыпты күйіне келеді. Сәуле шығару энергиясы тек қоздырылған және қалыпты күйдегі энергетикалық күйлердің айырмашылығымен ғана анықталмайды. Сәуле шығару кезінде ядро қатты күйде тұрған атом үшін елеусіз
болып саналатын берілісті (отдача) басынан өткереді, ал мұндай жағдайда γ-кванттар беріліссіз сәуле шығарады, олар сол элементтің қоздырылмаған атомдарымен сіңіріле алады. Ядро-сәуле шығарғыш
пен ядро-сіңіргіш арасындағы әр түрлі химиялық қоршауда ядроның
энергетикалық күйлері, ү-кванттардың резонансты сіңірілуін болдырмауға жеткілікті ядроның энергетикалық күйінің қайсыбір айырмашылығын туындатады. Энергиялар арасындағы мұндай
айырмашылықты Допплер эффектісіңін көмегімен тенестіреді, ол ү-квант сәуле шығару энергиясымен сәйкес салыстырмалық қозғалыс жылдамдығына тәуелді. Қайсыбір қозғалыс жьшдамдығы кезівде
резонансты сіңіруі басталады. ү-кванттардың сіңірілу интенсивтігінің қозғалу жылдамдығына тәуелділігі Мессбауэр спектрі деп аталады.

Мессбауэр спектроскопия көмегімен ядролық энергетикалық деңгейлері ұтымды орналасқан 57Ғе изотопын жиі пайдаланып, темір қосылыстарын зерттейді. Бұл изотоптың негізгі денгейден 14,4 КэВ жоғары жатқан метотұрақты деңгейі бар, әрі осы деңгейлер арасындағы өзара ауысу негізгі күйде тұрған 57Ғе ядроларымен оңай сіңіретін ү-сәуле шығаруды береді. 57Ғе-нің қоздырылған ядросы электрондық қамту механизмі бойынша І7Со (Т0,5 = 267 тәулік) нәтижесінде пайда болады. 57Ғе-квантты боле отырып, лезде энергиясын
жоғалтады. Қоздырылмаған ядромен резонансты сіңуі мына схема бойынша жүреді.

Сурет:резонанс.JPG

Дейтрондар (дейтерий ядросы) ағымымен темір 56Ғе нысананы сәулелендіргенде циклотронда радиоактивті кобальт алынады. Жаңадан түзілген 57Со атомдары темірдің жұқа қаңылтырында жинақталады. Оны ЯГР - ядролық гамма резонансты спектрометрде пайдаланылады. Радиоактивтінің изотопынын өмір сүру ұзақтығы өте қысқа болғандықтан, кобальт - 57 ядросының әрбір ыдырауы кезінде ү-квант бөлініп шығады. Ал мұндай ү-кванттар да кез келген химиялық күйдегі темір сіңіре алады.

Мессбауэр сызықтары өте жіңішке және ондағы ядро-сіңіргіштің энергетикалық күйінің болмашы өзгерісі резонансты сіңіру жиілігін сәулелендіруші ағым энергиясы резонанс шартына
сәйкес келмейтіндей дәрежеге ығыстырады. Сол сияқты атомның ядро деңгейіне химиялық қоршау ықпалымен байланысты химиялық ығысу да резонанс жағдайының ауытқуына келтіреді. Сондықтан да байқау және оны өлшеу үшін осы ауытқуларды нақтылы теңестіру керек. Ондағы бөлшек жылдамдығы аса жоғары емес және оны іске асыру оңай. Мессбауэр спектрометрінің блок-схемасы 1-суретте көрсетілген.

Іс жүзінде сәуле шығару көзін ғана ауыстырып отырады, ал қалғандары көбіне өзгеріссіз қалады, өйткені үлгіні әдетте тербеліс
торды қатыру үшін салқындатады. Сәуле шығару көзін жылжытуды, ондағы үдеуді әуелі бір бағытта, сосын екінші бағытта өзгерге отырып, тұрақты болатындай сигнал генератор сигналын бағдарлама арқылы басқаратын двигатель көмегімен жүргізеді. Бір цикл ішінде
барлық жылдамдық диапозоны қамтылады. Ығысу квазипарабола кисығы бойынша алынған уақытқа тәуелді өзгереді.

Детектордан шыққан сигнал бір каналды анализаторға түседі, одан бұйрық беретін басқару двигателімен байланысқан, генератормен синхронды көп арналы анализаторға беріледі. Бұл канал мен жылдамдықтардың жіңішке аралығына сәйкес. Ондағы осцилографта дыбыс берудің жылжу жылдамдығына тәуелділігі кескінделеді.2-суретте Ай бетінің қыртысы үлгілерінің Мессбауэр спектрлері көрсетілген. Қосылыс ұқсастығы белгілі жыныс спектрлерімен салыстыру арқылы жүргізген.

Сонымен Мессбауэр спектрі валенттілік күйі мен кристалдық құрылымы жайлы мәлімет береді. Бірақ құрамында осы әдіс сезімтал элеменгтер енетін кейбір қосылыстар үшін ғана береді. Сондай зерттелінген элементтер қатарына темір-57, никель-61, қалайы-119
сияқтылар енеді. Жалпы Мессбауэр эффектісі байқалатын отыздай элемент бар.
Құлажанов Қ.С.Аналитикалық химия: II томдық оқулық . II - том. Оқулық. Алматы:«ЭВЕРО» баспаханасы, 2005. - 464 б. ISBN 9965-680-95-7

Дереккөздер

Санат:Аналитикалық химия
Санат:Химия
Санат:Ғылым