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Mößbauer-Spektroskopie

Die Mößbauerspektroskopie ist ein zerstörungsfreies, physikalisches Fein-Analyseverfahren, das beispielsweise in der Biochemie, Festkörperphysik und Geologie eingesetzt wird. Die Mößbauer-Spektroskopie ist eine Form der Gamma-Spektroskopie, also der Untersuchung von Gammastrahlen. Gammastrahlen sind hochenergetische elektromagnetische Wellen, die von angeregten Atomkernen ausgesandt werden. Entdeckt wurde diese Messtechnik von R. Mößbauer, der dafür im Jahr 1961 den Nobelpreis für Physik erhielt.

Sendet ein einzelnes, freies Atom Gammastrahlen aus, ist die Energie der Gammastrahlen nicht sehr gut definiert, da sich das Atom bewegen kann und insbesondere einen Rückstoß durch das hochenergetische Gammaquant erfährt. Wird allerdings das Atom in einen Kristallverband eingebaut, und der Kristall möglichst noch gekühlt, wird er Rückstoß vom gesamten Kristall aufgenommen. Dadurch wird die Gamma-Linie sehr scharf. Erst jetzt kann ein Gammaquant, das von einem Kern ausgesendet wurde, wieder durch einen Atomkern, der ebenfalls in einem Kristall eingebettet ist absorbiert werden. Beide Energierniveaus stimmen jetzt überein, da die Relativgeschwindigkeit der Atome zueinander gleich ist und somit kein Dopplereffekt auftritt.

Da die Niveaus der Kernübergänge z.B. durch chemische Bindungszustände verändert werden und die Messmethode sehr empfindlich ist, hat sich aus diesem grundlegenden Experimenten eine sehr interessante Messmethode entwickelt.

Bei der Mößbauerspektroskopie macht man sich neben dem Mößbauer-Effekt den Doppler-Effekt zu nutze. Eine hyperfeine Modulation eines Gammastrahlers wird erzeugt, indem man ihn während der Messung mechanisch bewegt. So lassen sich in einem Hyperfeinspektrum Gammaquanten mit verschiedenen Energien erzeugen. Dies ermöglicht bei verschiedenen Materialien, deren Atome in der Lage sind, solche Gammaquanten zu absorbieren, ein entsprechendes hochauflösendes Transmissionsspektrum aufzunehmen. Wird eine Probe mit einer entsprechend modulierten äußerst durchdringenden Gammastrahlung durchleuchtet, so lässt sich mittels entsprechender Detektoren sowie computergestützter Auswertung ein materialtypisches Spektrum erzeugen.

Dies ermöglicht qualitative und quantitative Aussagen über die in der Probe enthaltenen Elemente. Über die hochaufgelöste Hyperfeinstruktur, welche aus Elektron-Kern-Wechselwirkungen resultiert, kann man nicht nur Aussagen über die Kerne selbst, sondern auch über Eigenschaften ihrer elektronischen Umgebung treffen, wie zum Beispiel Oxidationszustand, Spinzustände, magnetisches Verhalten, Elektronegativität von Liganden und weiteren Eigenschaften der chemischen Bindungen wie Grad der Kovalenz. Anwendung

Hauptanwendungsgebiet der Mößbauer-Spektroskopie ist die Unterscheidung von zweiwertigem und dreiwertigem Eisen. Außerdem kann man damit die Elemente Zinn, Antimon und Tellur nachweisen. In den 1980er Jahren wurden tragbare Mößbauer-Spektrometer zur Exploration der Zinnlagerstätten des Erzgebirges eingesetzt.


Literatur

  • Lieser, K. H.; 1991; Einführung in die Kernchemie

Verfasser

  • krizu

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