Химические применения метода

Применение эффекта Мессбаура для изучения свойств поверхности и объема кристаллов

Общие применения метода

Первые проверочные эксперименты были проведены в США (Лос-Аламосская научная лаборатория и Аргоннская национальная лаборатория).

Физики выяснили, что при помощи эффекта Мёссбауэра можно определять времена жизни возбужденных состояний ядер и размеры самих ядер, точные величины магнитных и электрических полей около излучателей-ядер, фононные спектры твердых тел. Для химиков же наиболее важными оказались два параметра – химический сдвиг резонансного сигнала и так называемое квадрупольное расщепление.

В результате в физике твердого тела наибольшее развитие получили исследования с помощью эффекта Мёссбауэра магнитной структуры и магнитных свойств элементов соединений, особенно сплавов. Особенно ощутимый прогресс в этом направлении был достигнут в работах по редкоземельным элементам. Вторым важнейшим направлением исследований стало изучение динамики кристаллической решетки

Этот метод оказался незаменимым при определении структур биологических макромолекул с особенно большой молекулярной массой.

Следует добавить к этому, что гамма-резонансная спектроскопия, как оказалось, имеет невероятно высокую чувствительность (на 5–6 порядков выше, чем в ядерном магнитном резонансе), следовательно, можно понять ажиотаж химиков в начале 1960–1970-х гг.

Значительный интерес представляют свойства поверхности и объема кристаллов и взаимосвязь между ними. Для изучения этих свойств необходимо использовать экспериментальные методы, позволяющие исследовать тонкий поверхностный слой образца и напрямую сравнивать их со свойствами остального объема. В ФТИ предложен новый метод для проведения таких исследований. Сущность этого метода заключается в использовании эффекта Мессбауэра для изучения свойств образца на различных глубинах с возможностью единовременного сравнения полученных результатов. Для этого используются три вида излучения с различной длиной свободного пробега в материале: гамма, рентгеновское и вторичные электроны.

Положение резонансного сигнала зависит от того, в каком электронном окружении находится ядро, испускающее квант. Получение нового типа физической информации об электронном окружении ядер, несомненно, всегда представляло значительный интерес для химии.

Поскольку основные параметры мёссбауэровских спектров – такие, как химические сдвиги и квадрупольные расщепления, – в значительной степени определяются строением валентных электронных оболочек атомов, то первой естественной возможностью химического применения этого эффекта было исследование природы связей этих атомов.

Особо отметим применение эффекта Мёссбауэра в определении структур биомолекул. В настоящее время структура протеинов определяется почти исключительно методом рентгеновской дифракции на монокристаллах этих белков. Однако этот метод имеет ограничения, связанные с молекулярной массой изучаемых систем.