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Mössbauer Spektroskopie

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Mössbauer Spektroskopie ist eine Methode zur Bewertung der Oxidationsstufe, elektronische Spin-Zustand und elektronischen Umgebung eines Atoms.

Das nukleare Spin Drehimpuls eines Atoms oder Kernspin kurz, werden die diskreten energetische Zustände zur Verfügung, um einen Kern. Die Energieniveaus sind von der Oxidationsstufe, elektronische Spin-Zustand und Liganden Umwelt betroffen.

Unterschiede in der Kernenergie Ebenen spiegeln sich in der nuklearen Anregungsenergie. Mössbauer Spektroskopie nutzt diese Beziehung durch Bestrahlung von einer festen Probe mit Gammastrahlen über einer schmalen Strecke der Energien und die Energien absorbiert von der Probe zu bekannten Werten vergleichen.

Dieses Video wird diskutieren die zugrunde liegenden Prinzipien der Mössbauer Spektroskopie, illustrieren das Verfahren zur Bestimmung der Spin-Zustand und die Oxidationsstufe des Ferrocen und stellen ein paar Anwendungen in der Chemie.

Wenn ein Kern absorbiert oder ein Gamma-Ray strahlt, ist etwas Energie verloren Rückstoß. Daher kann nicht der Gammastrahlen durch eine entspannende Kern emittiert eine identische Kern begeistern.

Ein Prozentsatz der Emission und Absorption Ereignisse in Kristallstrukturen haben jedoch vernachlässigbar Rückstoß, so dass Resonanz zwischen identischen Kerne in Festkörpern auftreten. Dies nennt man die Mössbauer Effekt.

Ein standard Mössbauer Spektrometer besteht aus einer beweglichen Gamma Ray-Quelle und eine sensible Strahlungsdetektor. Eisen Mössbauer Spektroskopie erfolgt mit einer 57-Co-Quelle, die durch Elektroneneinfang zu aufgeregt 57Fe zerfällt.

Die unterschiedlichen chemischen Umgebungen der Quelle und Probe Kerne führen etwas andere Energie-Lücken zwischen dem Boden und angeregten Zuständen. Die Quelle ist daher hin und her mit verschiedenen Geschwindigkeiten verschoben, um eine Doppler-Verschiebung in den Gamma-Strahlen induzieren.

Die Strahlungsdetektor misst die Gamma-Strahlen durch die Probe übertragen. Wenn die empfangene Gammastrahlen präzise Energie benötigt, um die Probe zu begeistern sind, kann resonante Absorption zwischen der Quelle und der Probe auftreten.

Ein Mössbauer-Spektrum Grundstücke in der Regel % Transmission vs. Energie in Bezug auf die Geschwindigkeit der Quelle.

Das Isomer Verschiebung ist die Verschiebung der Resonanz-Energie im Verhältnis zu der Quelle und bezieht sich auf die Oxidationsstufe des Atoms.

Kernenergie Ebenen teilen, wenn die umliegenden elektrisches Feld Farbverlauf nicht kugelförmig, wodurch zwei unterschiedliche Absorption Energie ist. Diese Interaktion, genannt Quadrupol aufteilen, tritt in asymmetrischen Liganden Umgebungen und bei Kernspins größer als ½.

Quadrupol Aufteilung ergibt sich ein Quadrupol Wams in die Mössbauer-Spektrum. In diesen Fällen das Isomer Shift ist auf halbem Weg zwischen den beiden Gipfeln und den Quadrupol Spaltung Wert ist der Unterschied zwischen den Gipfeln.

Hyperfein Aufspaltung tritt in einem internen oder externen Magnetfeld. Levels Atomenergie spaltet sich in Unterzustände basierend auf den Kernspin-Zustand. 57 Fe hat sechs zulässigen Übergänge zwischen diesen Staaten, wodurch sechs Gipfeln.

Nun, da Sie die Prinzipien der Mössbauer Spektroskopie zu verstehen, gehen Sie wir durch ein Verfahren zur Bestimmung der Oxidationsstufe und elektronische Spinzustand des Ferrocen mit Mössbauer Spektroskopie.

Messen Sie um den Vorgang zu starten, 100 mg von Ferrocen in ein Polyoxymethylen Mössbauer Probeschale.

Hinzu kommt die Probe einige Tropfen von einem Kryoprotektivum Öl besteht aus einer Mischung von Polyisobutylenes. Einem Spatel auf die Probe und Öl zu einer einheitlichen Paste mischen. Mit einer Pinzette, die gefüllten Mössbauer Becher in ein 20 mL-Fläschchen funkeln und für den Transport in den Mössbauer Instrument Raum Kappe.

Einmal im Zimmer Instrumentierung, Einfrieren der Probe in Flüssigkeit N2.

Als nächstes entfernen Sie den Temperaturfühler aus der Probe-Stab. Schrauben Sie die Probe-Stab und füllen Sie die Mössbauer-Kammer mit He-Gas. Dann, mit dem He-Gas fließt, zurückziehen des Probe-Stabes.

Schließen Sie die Probenkammer mit einer Kappe und der He-Ventil.

Übertragen Sie die Mössbauer-Probe in einen zweiten Behälter gefüllt mit Flüssigkeit N2. Dann sorgfältig laden Sie die Mössbauer-Probenbecher in der Rute montiert Probenhalter, und ziehen Sie die Schraube um den Pokal in den Halter zu sichern.

Bürste entfernt Eis auf dem Probenhalter und die Rute. Dann tauchen Sie die Probenhalter in Flüssigkeit N2und öffnen Sie He Ventil.

Legen Sie die Probe-Stab in die Kammer und befestigen Sie die Rute mit Schrauben.

Dann den He Fluss stoppen und die Probenkammer zu evakuieren.

Die Mössbauer-Spektrum von Ferrocen hat einen einzigen Quadrupol Wams mit einem Isomer Verschiebung von 0,54 mm/s. Im Vergleich zu typischen reicht von Isomer Schichten für Eisen, Verbindungen enthalten das Isomer verdeutlicht entweder eine Fe(II), S = 0 komplexe oder eine Fe, S = 5/2-Komplex.

Aus dem Proton NMR von Ferrocen ist bekannt, dass die Verbindung eine diamagnetische, neutrale Komplex. Darüber hinaus tragen seine zwei Cyclopentadienyl-Liganden jeweils eine Gebühr von 1, darauf hinweist, dass das Eisen im Ferrocen in der Oxidationsstufe + 2 ist. Schließlich, basierend auf dem Mössbauer-Ergebnis, es ist offensichtlich, dass Ferrocen hat einen Spin-Zustand 0.

Mössbauer Spektroskopie ist weit verbreitet in der anorganischen Chemie. Schauen wir uns ein paar Beispiele.

Eisen-Schwefel-Proteine enthalten Fe/S Cluster von zwei oder mehr Eisen-Atome durch S Atome überbrückt. In einem Ferredoxin -Eisen-Schwefel-Protein enthält die Diiron 2 + Cluster zwei High-Spin-Fe-Zentren. Austausch Kupplung zwischen diesen Fe Zentren Ergebnisse in einem insgesamt diamagnetische Zustand mit einem Spin von 0. Die einzelnen Mössbauer Spektren jeder Fe-Center sind nicht voneinander zu unterscheiden, so das Spektrum der Ferredoxin nur ein Quadrupol Wams zeigt.

Ferredoxins beteiligen sich Elektronentransport von Redox-Reaktionen auf ihre Fe-Atome. Beispielsweise kann eine Ferredoxin ein Elektron durch ein Einzelelektronen-Reduktion an eines der Fe-Zentren, was in einem Cluster mit einem High-Spin Fe Center und einem High-Spin Fe(II) akzeptieren. Dies erscheint als zwei übereinanderliegenden Quadrupol-Dubletten in die Mössbauer-Spektrum.

Lipoyl-Synthase, die zwei 4-Fe/4-S-Cluster enthält, führt den letzten Schritt der Lipoyl Cofaktor Synthese. Der vorgeschlagene Mechanismus beinhaltet ein Zwischenprodukt mit dem Substrat zu einem degradierten Fe/S Cluster vernetzt.

Um die Eigenschaften des Zwischenprodukts Reaktion zu untersuchen, wurden Mössbauer Spektren in an- und Abwesenheit von einem schwachen Magnetfeld erworben. Das daraus resultierende Unterschied Spektrum zeigte nur die Auswirkungen eines externen Magnetfeldes auf den chemischen Verschiebungen. Der Unterschied-Spektrum wurde mit einem simulierten Spektrum, offenbart ein Verhältnis 2:1 aus einem gemischt-Valent-Fe-paar und ein FE-Website kombiniert.

Sie sah nur Jupiters Einführung in Mössbauer Spektroskopie. Sie sollten jetzt mit der zugrunde liegenden Prinzipien der Mössbauer Effekt, das Verfahren zur Durchführung von 57Fe Mössbauer Spektroskopie und ein paar Beispiele der Verwendung von Mössbauer Spektroskopie in der anorganischen Chemie vertraut sein. Danke fürs Zuschauen!

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