Mössbauer spektroskopi, kondens maddenin (çoğunlukla katılar), katı
cisimlerde mikro- ve nano boyutlu objelerin (çekirdekler, iyonlar, kimyasal ve
biyolojik sistemler, v.s.) fiziksel ve kimyasal özelliklerini incelemek üzere
tasarlanmış olan Mössbauer etkisine dayalı metotlar grubudur.
Mössbauer spektroskopisi yöntemi, Mössbauer geçiş enerjisine eşit
enerjili durumda monokromatik gamma (g) kuantumunun geri-tepmesiz
rezonant absorpsiyonunun etkisine dayanır. Bu yöntemi uygulamak için genellikle
radyoaktif izotoplar kullanılır, örneğin, radyoaktif izotop 57Co
kuantum emisyonuyla 57Fe'ye dönüştürülür (Şekil-1).
Mossbauer spektroskopisinde farklı substanslar bir radyasyon kaynağı ve
absorber olarak kullanıldığından, nükleer geçiş enerjisi Eg kaynak ¹ Eg
absorp.’dir; sonuç
olarak, rezonant absorpsiyon meydana gelmez.
Rezonansı sağlamak için g-quanta kaynağı absorbere göre belirli bir
hızda (v) hareket ettirilir ve, bu nedenle, kaynağın nükleer geçiş enerjisi Eg
kaynak değişir (*Doppler etkisi meydana gelir); Eg
kaynak = Eg absorp. olduğunda g kuanta çekirdek
tarafından absorplanır ve nükleer gama rezonanas meydana gelir. Mössbauer
spektroskopide, I Eg kaynak - Eg absorp. I enerji farkı
gözlenir; (uygun hızlarda, saniyede bir mm gibi) ve kaydedilir. (*Doppler
etkisi, dalga kaynağının ve/veya alıcının hareketlerinden dolayı algılanan
titreşim frekansındaki değişimdir)
Mössbauer spektrumu, g-ışınları
absorpsiyon şiddetinin v'ye bağımlılığını gösterir. g-ışını şiddetinin kantitatif ölçümü, kesin olarak tanımlanmış bir zaman
periyodunda üretilen elektriksel pusların sayısıdır.
İki tip Mössbauer spektroskopisi vardır: absorpsiyon ve emisyon
spektroskopisi. Absorbsiyon spektroskopisinde incelenen malzeme bir g -quanta absorplayıcıdır ve Mössbauer spektrumunun elde edilebilmesi
için numunede, topam atomlarının yüzde birkaçı kadar Mössbauer atomları bulunması
gerekir; örneğin, doğal demirdeki 57Fe izotopu %2.17 olduğundan, bu
metot için yeterlidir.
Mössbauer emisyon spektroskopisi ve Mössbauer absorpsiyon spektroskopisi
arasındaki fark, araştırma konusu olan substanslardır; bunlar, radyoaktif
çekirdekler içerirler, nükleer reaksiyonlar ve bunu müteakip g geçişleri yoluyla, rezonant g-kuantumu yayan
uyarılmış bir çekirdek oluştururlar. Yayılan g-kuantumun enerji
spektrumu Mössbauer spektrometresiyle analiz edilir, burada absorber, temel
halde kalan ve tek bir absorpsiyon hattına sahip olan rezonant çekirdeği
içerir.
Mössbauer spektroskopisi demir içeren nanopartiküllerin yapısını
incelemek için kullanılan temel yöntemlerden biridir. Demir doplamasıyla,
birçok diğer nanoyapılı malzemelerin incelenmesi ve bazı nanoskala prosesler kolaylaştırlır
(örneğin, nanopartiküllerin yüzeyindeki yabancı maddelerin çıkarılması, nanopartikül
oluşum kinetiği v.s. gibi).
Şekil-2’de basitleştirilmiş bir Mössbauer spektrometresi düzeneği
verilmiştir. Mekanik veya elektrodinamik bir cihaz kuantum kaynağını
çalıştırır ve absorber üzerine belirli bir hızda (v) salınım yapar. Dedektör, absorber
içinden geçen g-kuantanın şiddetinin
osilasyon hızıyla ilişkisini ölçer.
MB
spektrumları için koşullar:
·
Nükleer
geçiş enerjisi g-ışını fotonu verecek kadar büyük olmalıdır (ancak geri tepme
etkisine neden olacak kadar büyük değil)
·
g-ışını fotonunun enerjisi 10-150 keV aralığında olmalıdır
·
Nükleer
bozunumun büyük bir kısmı g radyasyon emisyonuyla yapılmalıdır
Şekil-1: 57FE Mössbauer rezonans
nükleer bozunum şeması
Şekil-2: Bir Mössbauer
spektrometresi basit şematik görünümü
