التحليل الطيفي Mössbauer
- يزن 100 مجم من الحديد في كوب delrine Mössbauer.
- أضف عدة قطرات من زيت الباراتون إلى العينة. باستخدام ملعقة ، اخلطي العينة والزيت في عجينة موحدة.
- تجميد العينة في النيتروجين السائل.
2. تركيب العينة
- املأ غرفة العينة بغاز He
- قم بفك قضيب العينة من الأداة وقم بإزالة قضيب العينة.
- أثناء تركيب العينة ، أغلق حجرة العينة بغطاء وثبته بمسامير.
- قم بتحميل كوب Mössbauer في حامل العينة في نهاية القضيب.
- شد المسمار لتثبيت الكوب في حامل العينة.
- قم بإزالة الغبار عن أي جليد يتكون قبل تجميد نهاية قضيب العينة في النيتروجين السائل.
- مع تدفقه عبر غرفة العينة ، قم بفك الغطاء وإزالته ، وأدخل قضيب العينة.
- قم بتثبيت القضيب على الأداة باستخدام البراغي.
- قم بإيقاف تشغيل He واسحب الفراغ على غرفة العينة.
- قم بإيقاف تشغيل الفراغ وإعادة ملء غرفة العينة قليلا باستخدام He لتمكين التبادل الحراري بين العينة والرأس البارد للأداة عبر غاز He
3. جمع البيانات والعمل
- افتح برنامج جمع البيانات Mössbauer. هنا نستخدم W302 من قبل شركة العلوم والهندسة والتعليم (SEE).
- ستعرض الشاشة الأولى العدد الإجمالي لأشعة جاما التي تصطدم بالكاشف في مجموعة من الطاقات. حدد الذروة التي تتضمن قيمة الطاقة 14.4 كيلو فولت وذروة الهروب 2 كيلو فولت.
- اضغط على زر "إرسال Windows". سيؤدي هذا إلى إرسال البيانات إلى برنامج W302 (SEE Co).
- افتح برنامج W302. حدد سرعة المصدر المطلوبة (0-12 مم / ثانية). اضغط على "مسح القناة" لبدء جمع بيانات جديدة.
- بعد الوصول إلى الدقة المطلوبة ، قم بتركيب البيانات ببرنامج مناسب. هنا نستخدم WMOSS by SEE Co. يوفر الملاءمة قيم إزاحة الأيزومر والتقسيم الرباعي (في حالة وجود مزدوج).
التحليل الطيفي Mössbauer هو طريقة لتقييم حالة الأكسدة وحالة الدوران الإلكتروني والبيئة الإلكترونية للذرة.
يصف الزخم الزاوي للدوران النووي للذرة ، أو الدوران النووي باختصار ، الحالات النشطة المنفصلة المتاحة للنواة. تتأثر مستويات الطاقة بحالة الأكسدة وحالة الدوران الإلكتروني وبيئة الترابط.
تنعكس الاختلافات في مستويات الطاقة النووية في طاقة الإثارة النووية. يستفيد التحليل الطيفي Mössbauer من هذه العلاقة عن طريق تشعيع عينة صلبة بأشعة جاما على نطاق ضيق من الطاقات ومقارنة الطاقات التي تمتصها العينة بالقيم المعروفة.
سيناقش هذا الفيديو المبادئ الأساسية للتحليل الطيفي Mössbauer ، ويوضح إجراءات تحديد حالة الدوران وحالة الأكسدة للحديد ، ويقدم بعض التطبيقات في الكيمياء.
عندما تمتص النواة أو تنبعث منها أشعة جاما ، تفقد بعض الطاقة في الارتداد. وبالتالي ، فإن أشعة جاما المنبعثة من نواة الاسترخاء لا يمكن أن تثير نواة متطابقة.
ومع ذلك ، فإن النسبة المئوية لأحداث الانبعاث والامتصاص في الهياكل البلورية لها ارتداد ضئيل ، مما يسمح بالرنين بين النوى المتطابقة في المواد الصلبة. وهذا ما يسمى بتأثير Mössbauer.
يتكون مطياف موسباور القياسي من مصدر أشعة جاما متحرك وكاشف إشعاع حساس. يتم إجراء التحليل الطيفي للحديد موسباور بمصدر 57Co ، والذي يتحلل عن طريق التقاط الإلكترون إلى 57Fe.
تؤديالبيئات الكيميائية المختلفة لنواة المصدر والعينة إلى فجوات طاقة مختلفة قليلا بين الأرض والحالات المثارة. لذلك يتم تحريك المصدر ذهابا وإيابا بسرعات مختلفة للحث على تحول دوبلر في أشعة جاما.
يقيس كاشف الإشعاع أشعة جاما المنقولة عبر العينة. عندما تكون أشعة جاما المستلمة هي الطاقة الدقيقة اللازمة لإثارة العينة ، يمكن أن يحدث امتصاص الرنين بين المصدر والعينة.
عادة ما يرسم طيف Mössbauer النسبة المئوية للإرسال مقابل الطاقة من حيث سرعة المصدر.
تحول الأيزومر هو التحول في طاقة الرنين بالنسبة إلى المصدر ، ويرتبط بحالة أكسدة الذرة.
تنقسم مستويات الطاقة النووية عندما يكون تدرج المجال الكهربائي المحيط غير كروي ، مما ينتج عنه طاقتان امتصاصيتان متميزتان. يحدث هذا التفاعل ، المسمى الانقسام الرباعي ، في بيئات الترابط غير المتماثلة ، وفي الدورات النووية أكبر من 1/2.
ينتج عن الانقسام الرباعي أقطاب مزدوج رباعي الأقطاب في طيف Mössbauer. في هذه الحالات ، يكون إزاحة الأيزومر في منتصف الطريق بين القمتين وقيمة الانقسام الرباعي هي الفرق بين القمم.
يحدث الانقسام الدقيق في مجال مغناطيسي داخلي أو خارجي. ينقسم كل مستوى من مستويات الطاقة النووية إلى دول فرعية بناء على حالة الدوران النووي. 57يحتوي Fe على ستة انتقالات مسموح بها بين تلك الولايات ، مما أدى إلى ستة قمم.
الآن بعد أن فهمت مبادئ التحليل الطيفي Mössbauer ، دعنا ننتقل إلى إجراء لتحديد حالة الأكسدة وحالة الدوران الإلكتروني للحديد باستخدام التحليل الطيفي Mössbauer.
لبدء الإجراء ، قم بقياس 100 مجم من الحديد في كوب عينة بولي أوكسي ميثيلين موسباور.
أضف إلى العينة عدة قطرات من زيت التبريد المكون من مزيج من البولي إيزوبيوتيلينات. استخدم ملعقة لخلط العينة والزيت في عجينة موحدة. باستخدام الملقط ، ضع كوب Mössbauer المحشو في قارورة تلألؤ سعة 20 مل وقم بتغطيته لنقله إلى غرفة أدوات Mössbauer.
بمجرد دخولك إلى غرفة الأجهزة ، قم بتجميد العينة في السائل N2.
بعد ذلك ، قم بإزالة مسبار درجة الحرارة من قضيب العينة. قم بفك قضيب العينة واملأ غرفة Mössbauer بغاز He . ثم ، مع تدفق غاز He ، اسحب قضيب العينة.
أغلق حجرة العينة بغطاء ، وأغلق صمام He .
انقل عينة Mössbauer إلى حاوية ثانوية مملوءة بالسائل N2. بعد ذلك، قم بتحميل كوب عينة Mössbauer بحذر في حامل العينة المثبت على قضيب، وشد برغي التثبيت لتثبيت الكوب في الحامل.
قم بإزالة أي ثلج على حامل العينة والقضيب. بعد ذلك ، اغمر حامل العينة في السائل N2 ، وافتح صمام He .
أدخل قضيب العينة في الغرفة وقم بتثبيت القضيب في مكانه باستخدام البراغي.
ثم أوقف تدفق He وأغري غرفة العينة. بمجرد أن تكون غرفة العينة عند الحد الأدنى للضغط ، أوقف مضخة التفريغ واسمح بكمية صغيرة من غاز He في غرفة العينة. أخيرا ، أعد توصيل مسبار درجة الحرارة بقضيب العينة.
افتح واجهة مطياف أشعة جاما لرؤية مخطط قراءات الكاشف. حدد ذروة 14.4 كيلو فولت وذروة الهروب 2 كيلو فولت واضغط على زر "إرسال إلى Windows".
افتح برنامج جمع البيانات واضبط نطاق سرعة المصدر على 0 إلى 12 مم / ثانية. احصل على البيانات حتى يصل الطيف إلى الدقة المطلوبة. احفظ البيانات المكتسبة. استخدم البرامج المناسبة لتناسب البيانات وتطبيقها لتحديد إزاحة الأيزومر والانقسام الرباعي.
يحتوي طيف Mössbauer من الحديد على مزدوج رباعي الأقطاب واحد مع إزاحة أيزومر تبلغ 0.54 مم / ثانية. عند مقارنتها بالنطاقات النموذجية لتحولات الأيزومر للمركبات المحتوية على الحديد ، فإن تحول الأيزومر يشير إما إلى مركب Fe (II) أو S = 0 أو مركب Fe (III) ، S = 5/2.
من البروتون الرنين المغناطيسي النووي للفيروسين ، من المعروف أن المركب عبارة عن مركب مغناطيسي محايد. علاوة على ذلك ، فإن كل من روابط cyclopentadienyl تحمل شحنة 1- ، مما يشير إلى أن مركز الحديد في الحديد في حالة الأكسدة 2+. أخيرا ، بناء على نتيجة Mössbauer ، من الواضح أن الحديد لديه حالة دوران تبلغ 0.
يستخدم التحليل الطيفي Mössbauer على نطاق واسع في الكيمياء غير العضوية. دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة.
تحتوي بروتينات الحديد والكبريت على مجموعات Fe / S من ذرتين أو أكثر من ذرات الحديد التي تربطها ذرات S. في بروتين الحديد والكبريت الفيريدوكسين ، تحتوي مجموعة diiron 2+ على مركزين عالي الدوران Fe (III). ينتج عن اقتران التبادل بين مراكز الحديد هذه حالة مغناطيسية إجمالية مع دوران 0. لا يمكن تمييز أطياف Mössbauer الفردية لكل مركز Fe عن بعضها البعض ، وبالتالي فإن طيف الفيريدوكسين يظهر مزدوجا رباعي أقطاب واحد فقط.
تشارك الفيريدوكسينات في نقل الإلكترون عن طريق تفاعلات الأكسدة والاختزال في ذرات الحديد الخاصة بها. على سبيل المثال ، يمكن أن يقبل الفيريدوكسين إلكترون عن طريق اختزال إلكترون واحد في أحد مراكز الحديد ، مما ينتج عنه مجموعة ذات مركز واحد عالي الدوران Fe (III) ومركز Fe (II) عالي الدوران. يظهر هذا على شكل زوجين رباعي الأقطاب متراكبين في طيف Mössbauer.
يقومLipoyl synthase ، الذي يحتوي على مجموعتين من 4-Fe / 4-S ، بتنفيذ الخطوة الأخيرة من تخليق العامل المساعد لليبويل. تتضمن الآلية المقترحة وسيطا مع الركيزة متشابكة بمجموعة Fe / S متدهورة.
للتحقيق في خصائص التفاعل الوسيط ، تم الحصول على أطياف Mössbauer في وجود وعدم وجود مجال مغناطيسي ضعيف. أظهر طيف الفرق الناتج فقط تأثيرات المجال المغناطيسي الخارجي على التحولات الكيميائية. تم دمج طيف الفرق مع طيف محاكاة ، مما يكشف عن نسبة 2: 1 من زوج Fe مختلط التكافؤ وموقع Fe (III).
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE للتحليل الطيفي Mössbauer. يجب أن تكون الآن على دراية بالمبادئ الأساسية لتأثير Mössbauer ، وإجراء إجراء التحليل الطيفي 57Fe Mössbauer ، وبعض الأمثلة على كيفية استخدام التحليل الطيفي Mössbauer في الكيمياء غير العضوية. شكرا للمشاهدة!
المصدر: جوشوا ووفورد ، تمارا إم باورز ، قسم الكيمياء ، جامعة تكساس إيه أند إم
التحليل الطيفي Mössbauer هو تقنية توصيف بالجملة تفحص الإثارة النووية للذرة بواسطة أشعة جاما في الحالة الصلبة. يوفر طيف Mössbauer الناتج معلومات حول حالة الأكسدة وحالة الدوران والبيئة الإلكترونية حول الذرة المستهدفة ، والتي ، مجتمعة ، تقدم دليلا على التركيب الإلكتروني وترتيب الترابط (الهندسة) للجزيء. في هذا الفيديو، سوف نتعرف على المبادئ الأساسية للتحليل الطيفي موسباور ونجمع حقل صفر 57 طيف Fe Mössbauer للحديدي.
- يزن 100 مجم من الحديد في كوب delrine Mössbauer.
- أضف عدة قطرات من زيت الباراتون إلى العينة. باستخدام ملعقة ، اخلطي العينة والزيت في عجينة موحدة.
- تجميد العينة في النيتروجين السائل.
2. تركيب العينة
- املأ غرفة العينة بغاز He
- قم بفك قضيب العينة من الأداة وقم بإزالة قضيب العينة.
- أثناء تركيب العينة ، أغلق حجرة العينة بغطاء وثبته بمسامير.
- قم بتحميل كوب Mössbauer في حامل العينة في نهاية القضيب.
- شد المسمار لتثبيت الكوب في حامل العينة.
- قم بإزالة الغبار عن أي جليد يتكون قبل تجميد نهاية قضيب العينة في النيتروجين السائل.
- مع تدفقه عبر غرفة العينة ، قم بفك الغطاء وإزالته ، وأدخل قضيب العينة.
- قم بتثبيت القضيب على الأداة باستخدام البراغي.
- قم بإيقاف تشغيل He واسحب الفراغ على غرفة العينة.
- قم بإيقاف تشغيل الفراغ وإعادة ملء غرفة العينة قليلا باستخدام He لتمكين التبادل الحراري بين العينة والرأس البارد للأداة عبر غاز He
3. جمع البيانات والعمل
- افتح برنامج جمع البيانات Mössbauer. هنا نستخدم W302 من قبل شركة العلوم والهندسة والتعليم (SEE).
- ستعرض الشاشة الأولى العدد الإجمالي لأشعة جاما التي تصطدم بالكاشف في مجموعة من الطاقات. حدد الذروة التي تتضمن قيمة الطاقة 14.4 كيلو فولت وذروة الهروب 2 كيلو فولت.
- اضغط على زر "إرسال Windows". سيؤدي هذا إلى إرسال البيانات إلى برنامج W302 (SEE Co).
- افتح برنامج W302. حدد سرعة المصدر المطلوبة (0-12 مم / ثانية). اضغط على "مسح القناة" لبدء جمع بيانات جديدة.
- بعد الوصول إلى الدقة المطلوبة ، قم بتركيب البيانات ببرنامج مناسب. هنا نستخدم WMOSS by SEE Co. يوفر الملاءمة قيم إزاحة الأيزومر والتقسيم الرباعي (في حالة وجود مزدوج).
التحليل الطيفي Mössbauer هو طريقة لتقييم حالة الأكسدة وحالة الدوران الإلكتروني والبيئة الإلكترونية للذرة.
يصف الزخم الزاوي للدوران النووي للذرة ، أو الدوران النووي باختصار ، الحالات النشطة المنفصلة المتاحة للنواة. تتأثر مستويات الطاقة بحالة الأكسدة وحالة الدوران الإلكتروني وبيئة الترابط.
تنعكس الاختلافات في مستويات الطاقة النووية في طاقة الإثارة النووية. يستفيد التحليل الطيفي Mössbauer من هذه العلاقة عن طريق تشعيع عينة صلبة بأشعة جاما على نطاق ضيق من الطاقات ومقارنة الطاقات التي تمتصها العينة بالقيم المعروفة.
سيناقش هذا الفيديو المبادئ الأساسية للتحليل الطيفي Mössbauer ، ويوضح إجراءات تحديد حالة الدوران وحالة الأكسدة للحديد ، ويقدم بعض التطبيقات في الكيمياء.
عندما تمتص النواة أو تنبعث منها أشعة جاما ، تفقد بعض الطاقة في الارتداد. وبالتالي ، فإن أشعة جاما المنبعثة من نواة الاسترخاء لا يمكن أن تثير نواة متطابقة.
ومع ذلك ، فإن النسبة المئوية لأحداث الانبعاث والامتصاص في الهياكل البلورية لها ارتداد ضئيل ، مما يسمح بالرنين بين النوى المتطابقة في المواد الصلبة. وهذا ما يسمى بتأثير Mössbauer.
يتكون مطياف موسباور القياسي من مصدر أشعة جاما متحرك وكاشف إشعاع حساس. يتم إجراء التحليل الطيفي للحديد موسباور بمصدر 57Co ، والذي يتحلل عن طريق التقاط الإلكترون إلى 57Fe.
تؤديالبيئات الكيميائية المختلفة لنواة المصدر والعينة إلى فجوات طاقة مختلفة قليلا بين الأرض والحالات المثارة. لذلك يتم تحريك المصدر ذهابا وإيابا بسرعات مختلفة للحث على تحول دوبلر في أشعة جاما.
يقيس كاشف الإشعاع أشعة جاما المنقولة عبر العينة. عندما تكون أشعة جاما المستلمة هي الطاقة الدقيقة اللازمة لإثارة العينة ، يمكن أن يحدث امتصاص الرنين بين المصدر والعينة.
عادة ما يرسم طيف Mössbauer النسبة المئوية للإرسال مقابل الطاقة من حيث سرعة المصدر.
تحول الأيزومر هو التحول في طاقة الرنين بالنسبة إلى المصدر ، ويرتبط بحالة أكسدة الذرة.
تنقسم مستويات الطاقة النووية عندما يكون تدرج المجال الكهربائي المحيط غير كروي ، مما ينتج عنه طاقتان امتصاصيتان متميزتان. يحدث هذا التفاعل ، المسمى الانقسام الرباعي ، في بيئات الترابط غير المتماثلة ، وفي الدورات النووية أكبر من 1/2.
ينتج عن الانقسام الرباعي أقطاب مزدوج رباعي الأقطاب في طيف Mössbauer. في هذه الحالات ، يكون إزاحة الأيزومر في منتصف الطريق بين القمتين وقيمة الانقسام الرباعي هي الفرق بين القمم.
يحدث الانقسام الدقيق في مجال مغناطيسي داخلي أو خارجي. ينقسم كل مستوى من مستويات الطاقة النووية إلى دول فرعية بناء على حالة الدوران النووي. 57يحتوي Fe على ستة انتقالات مسموح بها بين تلك الولايات ، مما أدى إلى ستة قمم.
الآن بعد أن فهمت مبادئ التحليل الطيفي Mössbauer ، دعنا ننتقل إلى إجراء لتحديد حالة الأكسدة وحالة الدوران الإلكتروني للحديد باستخدام التحليل الطيفي Mössbauer.
لبدء الإجراء ، قم بقياس 100 مجم من الحديد في كوب عينة بولي أوكسي ميثيلين موسباور.
أضف إلى العينة عدة قطرات من زيت التبريد المكون من مزيج من البولي إيزوبيوتيلينات. استخدم ملعقة لخلط العينة والزيت في عجينة موحدة. باستخدام الملقط ، ضع كوب Mössbauer المحشو في قارورة تلألؤ سعة 20 مل وقم بتغطيته لنقله إلى غرفة أدوات Mössbauer.
بمجرد دخولك إلى غرفة الأجهزة ، قم بتجميد العينة في السائل N2.
بعد ذلك ، قم بإزالة مسبار درجة الحرارة من قضيب العينة. قم بفك قضيب العينة واملأ غرفة Mössbauer بغاز He . ثم ، مع تدفق غاز He ، اسحب قضيب العينة.
أغلق حجرة العينة بغطاء ، وأغلق صمام He .
انقل عينة Mössbauer إلى حاوية ثانوية مملوءة بالسائل N2. بعد ذلك، قم بتحميل كوب عينة Mössbauer بحذر في حامل العينة المثبت على قضيب، وشد برغي التثبيت لتثبيت الكوب في الحامل.
قم بإزالة أي ثلج على حامل العينة والقضيب. بعد ذلك ، اغمر حامل العينة في السائل N2 ، وافتح صمام He .
أدخل قضيب العينة في الغرفة وقم بتثبيت القضيب في مكانه باستخدام البراغي.
ثم أوقف تدفق He وأغري غرفة العينة. بمجرد أن تكون غرفة العينة عند الحد الأدنى للضغط ، أوقف مضخة التفريغ واسمح بكمية صغيرة من غاز He في غرفة العينة. أخيرا ، أعد توصيل مسبار درجة الحرارة بقضيب العينة.
افتح واجهة مطياف أشعة جاما لرؤية مخطط قراءات الكاشف. حدد ذروة 14.4 كيلو فولت وذروة الهروب 2 كيلو فولت واضغط على زر "إرسال إلى Windows".
افتح برنامج جمع البيانات واضبط نطاق سرعة المصدر على 0 إلى 12 مم / ثانية. احصل على البيانات حتى يصل الطيف إلى الدقة المطلوبة. احفظ البيانات المكتسبة. استخدم البرامج المناسبة لتناسب البيانات وتطبيقها لتحديد إزاحة الأيزومر والانقسام الرباعي.
يحتوي طيف Mössbauer من الحديد على مزدوج رباعي الأقطاب واحد مع إزاحة أيزومر تبلغ 0.54 مم / ثانية. عند مقارنتها بالنطاقات النموذجية لتحولات الأيزومر للمركبات المحتوية على الحديد ، فإن تحول الأيزومر يشير إما إلى مركب Fe (II) أو S = 0 أو مركب Fe (III) ، S = 5/2.
من البروتون الرنين المغناطيسي النووي للفيروسين ، من المعروف أن المركب عبارة عن مركب مغناطيسي محايد. علاوة على ذلك ، فإن كل من روابط cyclopentadienyl تحمل شحنة 1- ، مما يشير إلى أن مركز الحديد في الحديد في حالة الأكسدة 2+. أخيرا ، بناء على نتيجة Mössbauer ، من الواضح أن الحديد لديه حالة دوران تبلغ 0.
يستخدم التحليل الطيفي Mössbauer على نطاق واسع في الكيمياء غير العضوية. دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة.
تحتوي بروتينات الحديد والكبريت على مجموعات Fe / S من ذرتين أو أكثر من ذرات الحديد التي تربطها ذرات S. في بروتين الحديد والكبريت الفيريدوكسين ، تحتوي مجموعة diiron 2+ على مركزين عالي الدوران Fe (III). ينتج عن اقتران التبادل بين مراكز الحديد هذه حالة مغناطيسية إجمالية مع دوران 0. لا يمكن تمييز أطياف Mössbauer الفردية لكل مركز Fe عن بعضها البعض ، وبالتالي فإن طيف الفيريدوكسين يظهر مزدوجا رباعي أقطاب واحد فقط.
تشارك الفيريدوكسينات في نقل الإلكترون عن طريق تفاعلات الأكسدة والاختزال في ذرات الحديد الخاصة بها. على سبيل المثال ، يمكن أن يقبل الفيريدوكسين إلكترون عن طريق اختزال إلكترون واحد في أحد مراكز الحديد ، مما ينتج عنه مجموعة ذات مركز واحد عالي الدوران Fe (III) ومركز Fe (II) عالي الدوران. يظهر هذا على شكل زوجين رباعي الأقطاب متراكبين في طيف Mössbauer.
يقومLipoyl synthase ، الذي يحتوي على مجموعتين من 4-Fe / 4-S ، بتنفيذ الخطوة الأخيرة من تخليق العامل المساعد لليبويل. تتضمن الآلية المقترحة وسيطا مع الركيزة متشابكة بمجموعة Fe / S متدهورة.
للتحقيق في خصائص التفاعل الوسيط ، تم الحصول على أطياف Mössbauer في وجود وعدم وجود مجال مغناطيسي ضعيف. أظهر طيف الفرق الناتج فقط تأثيرات المجال المغناطيسي الخارجي على التحولات الكيميائية. تم دمج طيف الفرق مع طيف محاكاة ، مما يكشف عن نسبة 2: 1 من زوج Fe مختلط التكافؤ وموقع Fe (III).
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE للتحليل الطيفي Mössbauer. يجب أن تكون الآن على دراية بالمبادئ الأساسية لتأثير Mössbauer ، وإجراء إجراء التحليل الطيفي 57Fe Mössbauer ، وبعض الأمثلة على كيفية استخدام التحليل الطيفي Mössbauer في الكيمياء غير العضوية. شكرا للمشاهدة!
التحليل الطيفي M?ssbauer هو طريقة لتقييم حالة الأكسدة وحالة الدوران الإلكتروني والبيئة الإلكترونية للذرة.
يصف الزخم الزاوي للدوران النووي للذرة ، أو الدوران النووي باختصار ، الحالات النشطة المنفصلة المتاحة للنواة. تتأثر مستويات الطاقة بحالة الأكسدة وحالة الدوران الإلكتروني وبيئة الترابط.
تنعكس الاختلافات في مستويات الطاقة النووية في طاقة الإثارة النووية. يستفيد التحليل الطيفي M?ssbauer من هذه العلاقة عن طريق تشعيع عينة صلبة بأشعة جاما على نطاق ضيق من الطاقات ومقارنة الطاقات التي تمتصها العينة بالقيم المعروفة.
سيناقش هذا الفيديو المبادئ الأساسية للتحليل الطيفي M?ssbauer ، ويوضح إجراءات تحديد حالة الدوران وحالة الأكسدة للحديد ، ويقدم بعض التطبيقات في الكيمياء.
عندما تمتص النواة أو تنبعث منها أشعة جاما ، تفقد بعض الطاقة في الارتداد. وبالتالي ، فإن أشعة جاما المنبعثة من نواة الاسترخاء لا يمكن أن تثير نواة متطابقة.
ومع ذلك ، فإن النسبة المئوية لأحداث الانبعاث والامتصاص في الهياكل البلورية لها ارتداد ضئيل ، مما يسمح بالرنين بين النوى المتطابقة في المواد الصلبة. وهذا ما يسمى تأثير M?ssbauer.
يتكون مطياف M?ssbauer القياسي من مصدر أشعة جاما متحرك وكاشف إشعاع حساس. يتم إجراء التحليل الطيفي للحديد M?ssbauer باستخدام مصدر 57Co ، والذي يتحلل عن طريق التقاط الإلكترون إلى 57Fe المثار.
تؤدي البيئات الكيميائية المختلفة لنواة المصدر والعينة إلى فجوات طاقة مختلفة قليلا بين الأرض والحالات المثارة. لذلك يتم تحريك المصدر ذهابا وإيابا بسرعات مختلفة للحث على تحول دوبلر في أشعة جاما.
يقيس كاشف الإشعاع أشعة جاما المنقولة عبر العينة. عندما تكون أشعة جاما المستلمة هي الطاقة الدقيقة اللازمة لإثارة العينة ، يمكن أن يحدث امتصاص الرنين بين المصدر والعينة.
عادة ما يرسم طيف M?ssbauer النسبة المئوية للإرسال مقابل الطاقة من حيث سرعة المصدر.
تحول الأيزومر هو التحول في طاقة الرنين بالنسبة إلى المصدر ، ويرتبط بحالة أكسدة الذرة.
تنقسم مستويات الطاقة النووية عندما يكون تدرج المجال الكهربائي المحيط غير كروي ، مما ينتج عنه طاقتان امتصاصيتان متميزتان. يحدث هذا التفاعل ، المسمى الانقسام الرباعي الأقطاب ، في بيئات الترابط غير المتماثل ، وفي الدورات النووية الأكبر من ؟.
ينتج عن الانقسام الرباعي أقطاب مزدوج رباعي الأقطاب في طيف M?ssbauer. في هذه الحالات ، يكون إزاحة الأيزومر في منتصف الطريق بين القمتين وقيمة الانقسام الرباعي هي الفرق بين القمم.
يحدث الانقسام الدقيق في مجال مغناطيسي داخلي أو خارجي. ينقسم كل مستوى من مستويات الطاقة النووية إلى دول فرعية بناء على حالة الدوران النووي. يحتوي 57Fe على ستة انتقالات مسموح بها بين تلك الولايات ، مما أدى إلى ست قمم.
الآن بعد أن فهمت مبادئ التحليل الطيفي M?ssbauer ، دعنا ننتقل إلى إجراء لتحديد حالة الأكسدة وحالة الدوران الإلكتروني للحديد باستخدام التحليل الطيفي M?ssbauer.
لبدء الإجراء ، قم بقياس 100 مجم من الحديد في كوب عينة بولي أوكسي ميثيلين M?ssbauer.
أضف إلى العينة عدة قطرات من زيت التبريد المكون من مزيج من البولي إيزوبيوتيلينات. استخدم ملعقة لخلط العينة والزيت في عجينة موحدة. باستخدام الملقط ، ضع كوب M?ssbauer المملوء في قارورة وميض سعة 20 مل وقم بتغطيته لنقله إلى غرفة أدوات M?ssbauer.
بمجرد دخولك إلى غرفة الأجهزة ، قم بتجميد العينة في سائل N2.
بعد ذلك ، قم بإزالة مسبار درجة الحرارة من قضيب العينة. قم بفك قضيب العينة واملأ غرفة M?ssbauer بغاز He ثم ، مع تدفق غاز He ، اسحب قضيب العينة.
أغلق حجرة العينة بغطاء ، وأغلق صمام He .
انقل عينة M?ssbauer إلى حاوية ثانوية مملوءة بالسائل N2. بعد ذلك ، قم بتحميل كوب عينة M?ssbauer بعناية في حامل العينة المثبت على قضيب ، وشد برغي التثبيت لتأمين الكوب في الحامل.
قم بإزالة أي ثلج على حامل العينة والقضيب. بعد ذلك ، اغمر حامل العينة في السائل N2 ، وافتح صمام He .
أدخل قضيب العينة في الغرفة وقم بتثبيت القضيب في مكانه باستخدام البراغي.
ثم أوقف تدفق He وأغري غرفة العينة. بمجرد أن تكون غرفة العينة عند الحد الأدنى للضغط ، أوقف مضخة التفريغ واترك كمية صغيرة من غاز He?غاز في غرفة العينة. أخيرا ، أعد توصيل مسبار درجة الحرارة بقضيب العينة.
افتح واجهة مطياف أشعة جاما لرؤية مخطط قراءات الكاشف. حدد ذروة 14.4 كيلو فولت وذروة الهروب 2 كيلو فولت واضغط على زر "إرسال إلى Windows".
افتح برنامج جمع البيانات واضبط نطاق سرعة المصدر على 0 إلى 12 مم / ثانية. الحصول على البيانات حتى يصل الطيف إلى الدقة المطلوبة. احفظ البيانات المكتسبة. استخدم البرامج المناسبة لتناسب البيانات وتطبيقها لتحديد إزاحة الأيزومر والانقسام الرباعي.
يحتوي طيف M?ssbauer من الحديد على مزدوج رباعي الأقطاب واحد مع إزاحة أيزومر تبلغ 0.54 مم / ثانية. عند مقارنتها بالنطاقات النموذجية لتحولات الأيزومر للمركبات المحتوية على الحديد ، فإن تحول الأيزومر يشير إما إلى مركب Fe (II) أو S = 0 أو مركب Fe (III) ، S = 5/2.
من البروتون الرنين المغناطيسي النووي للفيروسين ، من المعروف أن المركب عبارة عن مركب مغناطيسي محايد. علاوة على ذلك ، فإن كل من روابط cyclopentadienyl تحمل شحنة 1- ، مما يشير إلى أن مركز الحديد في الحديد في حالة الأكسدة 2+. أخيرا ، بناء على نتيجة M?ssbauer ، من الواضح أن الحديد لديه حالة دوران تبلغ 0.
يستخدم التحليل الطيفي M?ssbauer على نطاق واسع في الكيمياء غير العضوية. دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة.
تحتوي بروتينات الحديد والكبريت على مجموعات Fe / S من ذرتين أو أكثر من ذرات الحديد التي يتم جسرها بواسطة ذرات S. في بروتين الحديد والكبريت الفيريدوكسين ، تحتوي مجموعة diiron 2+ على مركزين عالي الدوران Fe (III). ينتج عن اقتران التبادل بين مراكز الحديد هذه حالة مغناطيسية إجمالية مع دوران 0. لا يمكن تمييز أطياف M?ssbauer الفردية لكل مركز Fe عن بعضها البعض ، لذا فإن طيف الديوكسين يظهر مزدوجا رباعي أقطاب واحد فقط.
تشارك الفيريدوكسينات في نقل الإلكترون عن طريق تفاعلات الأكسدة والاختزال في ذرات الحديد الخاصة بها. على سبيل المثال ، يمكن أن يقبل الفيريدوكسين إلكترون عن طريق اختزال إلكترون واحد في أحد مراكز الحديد ، مما ينتج عنه مجموعة ذات مركز واحد عالي الدوران Fe (III) ومركز Fe (II) عالي الدوران. يظهر هذا على شكل زوجين رباعي الأقطاب متراكبين في طيف M?ssbauer.
سينسيز ليبويل ، الذي يحتوي على مجموعتين من 4-Fe / 4-S ، ينفذ الخطوة الأخيرة من تخليق العامل المساعد لليبويل. تتضمن الآلية المقترحة وسيطا مع الركيزة متشابكة بمجموعة Fe / S متدهورة.
للتحقيق في خصائص التفاعل الوسيط ، تم الحصول على أطياف M?ssbauer في وجود وعدم وجود مجال مغناطيسي ضعيف. أظهر طيف الفرق الناتج فقط تأثيرات المجال المغناطيسي الخارجي على التحولات الكيميائية. تم دمج طيف الفرق مع طيف محاكاة ، مما يكشف عن نسبة 2: 1 من زوج Fe مختلط التكافؤ وموقع Fe (III).
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE للتحليل الطيفي M?ssbauer. يجب أن تكون الآن على دراية بالمبادئ الأساسية لتأثير M?ssbauer ، وإجراء إجراء التحليل الطيفي 57Fe M?ssbauer ، وبعض الأمثلة على كيفية استخدام التحليل الطيفي M?ssbauer في الكيمياء غير العضوية. شكرا للمشاهدة!
Zero field 57Fe Mössbauer of ferrocene at 5 K.
δ = 0.54 مم / ثانية
ΔEQ = 2.4 مم/ثانية
بالإشارة إلى الجدول 1 ، نرى أن تحول الأيزومر عند 0.54 مم / ثانية يقع في العديد من نطاقات حالة الأكسدة / حالة الدوران المحتملة (...
هنا ، تعرفنا على المبادئ الأساسية للتحليل الطيفي Mössbauer ، بما في ذلك تفاصيل حول الإعداد التجريبي ، ومصدر أشعة جاما ، والمعلومات التي يمكن جمعها من طيف Mössbauer. جمعنا طيف الحقل الصفري 57Fe Mössbauer من الحديد.
التحليل الطيفي Mössbauer هو تقنية قوية توفر معلومات حول تدرج المجال الإلكتروني حول الذرة. في حين أن هناك العديد من ذرات Mössbauer النشطة ، إلا أن العناصر ذات المصدر المناسب لأشعة جاما (حالة الطاقة النووية المثارة طويلة العمر والمنخفضة) هي التي يمكنها الاستفادة من هذه التقن...
Chapters in this video
0:04
Overview
1:07
Principles of Mössbauer Spectroscopy
3:43
Mössbauer Spectroscopy of Ferrocene
6:04
Representative Results: Zero-Field Mössbauer Spectrum of Ferrocene
6:58
Applications
8:52
Summary
Videos from this collection: