MÖSSBAUER SPEKTROSKOPİSİ

Zümrüt VAROLZümrüt VAROL
MÖSSBAUER
SPEKTROSKOPİSİ
Zümrüt VAROL
Gazi Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü
İleri Teknolojiler ABD

Anlatacaklarım
• Rudolf Ludwig Mössbauer
• Mössbauer Etkisi
• Geri Tepme
• 57Fe Geri Tepme Enerjisi
• Geri Tepme Etkisi
• Doppler Etkisi
• Mössbauer Parametreleri
• İzomerik Kayma
• Kuadropol Yarılma
• Manyetik Yarılma
• Nükleer Enerji Seviyelerinin Mössbauer Spektrumundaki Yarılmaları
• İdeal Mössbauer Spektrumu
• Mössbauer Spektrometresi
• Mössbauer Spektrometresinin Çalışma Prensibi
• Mössbauer Kaynak Seçimi
• Mössbauer Parmak İzi
• Mössbauer Spektroskopisinde Kullanılan Yaygın İzotoplar
• Mössbauer Spektroskopisi Kullanım Alanları
• Fe (II) Bileşiklerinin 57Fe Mössbauer Spektrumları
• Kaynaklar

Rudolf Ludwig Mössbauer
• Münih’de doğmuştur.
• Münih Teknik Üniversitesi’nde
fizik eğitimi almıştır.
• Amerikalı Robert Hofstadter ile
1961 yılında “Mössbauer Etkisi”
adlı çalışmasıyla Nobel Fizik Ödülü’ne layık görülmüştür.

Mössbauer Etkisi
• Mössbauer etkisi; uyarılmış bir atom çekirdeğinden gama
ışınlarının yayınımı ve soğurulması ile ilgilidir.
• Yüklü çekirdeğin elektromanyetik momenti ve çekirdeğin
dışında bulunan elektronların oluşturduğu elektromanyetik
alan arasındaki etkileşimi inceler.
• Bu etkileşimler nükleer enerji seviyelerinde yarılma ve
kaymalara neden olur.

Geri Tepme
• Bir tüfek ateş ettiği zaman geri teper. Aynı şekilde
momentum korunumu gereği serbest çekirdek emisyonu
sırasında geri teper ya da gama ışınlarını absorplar.
• Bir çekirdek gama bozunmasında enerji (Q) geçişi
yaptığında (14.4 keV) momentumun korunumu çekirdeği geri
tepme gerektirir.
fi EEQ  ppN  NTQE 
Nm
p
QE N
2
2
 2
2
2 cm
E
Q
N



57Fe Geri Tepme Enerjisi
eV
GeV
keV
cm
E
E
N
geritepme
002.0
)022.53(2
)4.14(
2
2
2
2

 
 = 107 s,  =108 eV
• 57 Fe bozunumların %90’ı 14.4 keV lik
enerji açığa çıkar.
• En yaygın kullanılan Mössbauer izotopu
57Fe’dir. Çizgi genişliği 5x10-9 eV’dir.

Serbest yayıcı ve absorber atom/ çekirdek
Geri tepme
Enerjisi
γ-Işını Enerjisi
Atomun kütlesi

• Kristal örgü içindeki çekirdekler birbirlerine bağlı oldukları
için geri tepme ihmal edilecek kadar azdır. Enerji harcanır
ama geri tepmenin belirgin bir şekilde olması için bu enerji
yeterli olmayabilir. Parçacığın kütlesinin çok büyük olduğu
durumda gözlenir.
Örgü içindeki sabit atomlar arasında yayılma ve absorplama

Geri Tepme Etkisi

Doppler Etkisi
• Dalga özelliği gösteren herhangi bir fiziksel
varlığın frekans ve dalga boyunun hareketli yani yakınlaşan
veya uzaklaşan bir gözlemci tarafından farklı zaman veya
konumlarda farklı algılanması olayına Doppler Etkisi denir.

Mössbauer Parametreleri
Aşırı İnce Yapı Etkileşimleri
• Çekirdek ve çevresi arasındaki etkileşimlerdir. Bu
etkileşimler çekirdeğin kendi enerji seviyeleri ile
karşılaştırıldıklarında çok küçük olduklarından diğer
spektroskopik yöntemlerle görülmesi çok zordur.
• Fakat Mössbauer etkisinin çok yüksek bir enerji çözünürlüğü
sağlaması, aşırı ince yapı etkileşimlerini görmemizi sağlar.
• Aşırı İnce Yapı Etkileşimleri;
• İzomerik Kayma
• Kuadropol Yarılma
• Manyetik Yarılma

İzomerik Kayma
• Nükleer yük yoğunluğu ve çevreleyen “s” elektron yük bulutu
arasındaki etkileşimi arasındaki etkileşimi ortaya çıkarır.
Elektrik monopol etkileşimi olarak da adlandırılır.
• Nükleer yüklü çekirdekte, elektron yoğunluğu etkileşiminde
atom değerlik etkisiyle oluşan Mössbauer rezonansındaki
kaymadır.
• Demir iyonlarının çekirdekteki “s” elektron yoğunluğu
nedeniyle “d” elektronları tarafından zayıf tarama etkisi
nedeniyle daha büyüktür.

- v
+ v
v [mm / s]
v
0
0- v
+ v
1/2 1/2
v

Kuadropol Yarılma
• Nükleer enerji düzeyleri ve elektrik alan gradiyenti
çevresindeki etkileşimi gösterir. Elektrik kuadropol etkileşimi
olarak da adlandırılır.
• Çekirdeklerin küresel olmayan yük dağılımlı halleri asimetrik
bir elektrik alan üretir. Nükleer enerji seviyelerini böler ve
kuadrupol moment üretir.
• 57Fe, I=3/2 uyarılmış haldeki izotop durumunda olan 3/2 ve
1/2 geçişi iki alt hale yarılmış m1=±1/2 and m2 =±3/2
gözlenir.
• Spektrumda dublet olarak tanımlanan iki belirli pik olarak
görülür. Kuadropol yarılma bu iki tepe arasındaki ayrılık
olarak ölçülen ve çekirdekte elektrik alanının karakterini
yansıtır.

mI=±1/2
I=3/2
I=1/2
mI=±3/2
mI=±1/2
1/2 AQ
v

Manyetik Yarılma
• Çekirdeğin çevresindeki manyetik alan arasındaki etkileşimi
sonucu oluşur. Nükleer Zeeman etkisi, manyetik dipol
etkileşimi olarak da adlandırılır.
• Spine (I) sahip çekirdek, manyetik alan varlığında 2I+1 alt
enerji seviyelerine ayrılır.
• Uyarılmış hal ve temel hale geçiş arasında I=1 ya da 0 ise
m1 değişir.
• I=3/2 den 1/2 geçişi için 6 olası geçiş söz konusudur.
• Bu durumların çoğunda çekirdeğin aşırı ince yapı
yarılmasında çekirdek tarafından bir yelpaze şeklinde
gözlemlenir.

14,4keV
I=3/2
I=1/2
mI
+1/2
+3/2
-1/2
-3/2
-1/2
+1/2
2/3exH
v
0

Nükleer Enerji Seviyelerinin
Mössbauer Spektrumundaki
Yarılmaları
İzomerik Kayma
Kuadropol Yarılma
Manyetik Yarılma

İdeal Mössbauer Spektrumu
• Fe atomlarının manyetik alana bağlı özellikleri mössbauer
spektrumunda demir oksitler singlet, doublet, sextet şeklinde
oluşabilir
( Murad, 2008)

( Murad, 2008)

Mössbauer Spektrometresi
• 3 ana bölümden oluşur;
1. Doppler etkisi oluşturmak için ileri ve geri hareket
eden bir kaynak.
2. Paralel olmayan gama ışınlarını filtreleyen bir
kolimatör
3. Detektör

Mössbauer Spektrometresinin
Çalışma Prensibi
• Gama ışınlarına katı numune maruz bırakılır.
• Dedektör numune üzerinden iletilen ışınların yoğunluğunu
ölçer.
• Yayıcı ve absorplayan çekirdek aynı kimyasal ortamda ise;
nükleer geçiş enerjileri her iki malzeme ile gözlemlenen eşit
ve rezonans absorplaması olacaktır.
• Farklı kimyasal ortamlarda ise nükleer enerji seviyelerinde
kaymalara neden olur.
• Kaynak belirli bir hız aralığında lineer motor kullanarak ivmeli
bir şekilde hızlandırılarak Doppler etkisi üretilir.

Mössbauer Kaynak Seçimi
• Geçiş enerjisi atomun kafes titreşimden büyük olmalıdır (10-
150 eV).
• Uyarılmış haldeki atomun ömrü geçiş enerjinden kesinlikle
büyük olmalıdır fakat spektrumda yoğun çizgilere sahip
olacak kadar düşük olmalıdır (1-100ns).
• Emitör uyarılmış haldeyken bile uzun yarılanma ömrüne
sahip malzemeden olmalıdır.
• İzotoplar temel halde kararlı olmalıdır.

Mössbauer Parmak İzi
• İzomerik kaymalar ve Fe taşıyan fazların kuadropol
yarılması Fe-oksidasyonu, Fe-spin durumu ve Fe-
koordinasyonları sistematik olarak değişir. Bu özellik
sayesinde Mössbauer parametrelerinin bilinmesi bilinmeyen
fazlar için Parmak izi özelliği taşır.

Mössbauer Spektroskopisinde
Kullanılan Yaygın İzotoplar
• Mor kutucuklar Mössbauer izotoplarıdır. Sık kullanılan
izotoplar mavi çerçeveli olanlardır.
(Gütlich,2004)

Mössbauer Spektroskopisi Kullanım
Alanları
• Nükleer rezonans probunda oksidasyon ve spin durumu
• Moleküler simetri
• Malzemenin manyetik özelliklerinin incelenmesi

Fe (II) Bileşiklerinin 57Fe
Mössbauer Spektrumları

KAYNAKLAR
• Cranshaw T.E., Dale B.W., G O Longworth G.O. ve Johnson C.E. (1985). Mössbauer Spectroscopy and its Applications. Cambridge
Univ. Press: Cambridge.
• Dickson D.P.E. ve Berry F.J. (1986). Mössbauer Spectroscopy. Cambridge Univ. Press: Cambridge.
• Frauenfelder H. (1962). The Mössbauer Effect. Benjamin: New York.
• Gibb T. C. (1977). Principles of Mössbauer Spectroscopy. Chapman and Hall: London.
• Goldanskii V.I. ve Herber R.H. (1968). Chemical Applications of Mössbauer Spectroscopy. Academic Press Inc: London.
• Greenwood N. N. ve Gibb T. C. (1971) Mössbauer Spectroscopy. Chapman and Hall: Novel Materials and Ground States London
• Gütlich P. (2004 ). Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Institut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie, Mössbauer
Spectroscopy –Principles and Applications.
• Long G.J. ve Grandjean F. (1993). Mössbauer Spectroscopy Applied to Magnetism and Materials Science Vol. 1: New York
• Murad E. Mossbauer Spectroscopy of 57Fe. Marktredwitz, Germany
• Perepelitsa D.V. (2007). Mossbauer Spectroscopy of 57Fe. MIT Department of Physics.
• Petrovic P. Jozef Šafárik University in Košice, Faculty of Science Supportive Textbooks in Course: Methods of Condensed Matter
Spectroscopy Mössbauer Spectroscopy.
• http://faculty.knox.edu/cschulz/M%C3%B6ssbauer/theory.htm
• http://www.fastcomtec.com/fwww/moss.htm
• http://www.cryoindustries.com/moss.htm
• http://www.dwiarda.com/scientific/Moessbauer.html

TEŞEKKÜRLER…

MÖSSBAUER SPEKTROSKOPİSİ

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to MÖSSBAUER SPEKTROSKOPİSİ

Similar to MÖSSBAUER SPEKTROSKOPİSİ (7)

MÖSSBAUER SPEKTROSKOPİSİ