Электронный парамагнитный резонанс и ядерный магнитный резонанс

В последующих экспериментах (вслед за иридием были исследованы другие объекты: 187Re, 177Hf, 166Er и 67Zn, в которых наблюдалось также резонансное поглощение без отдачи) Мёссбауэр окончательно подтвердил правильность объяснения наблюденного им эффекта резонансной гамма-флуоресценции без отдачи и в то же время дал базу экспериментальной методики всех последующих исследований данного явления.
Исследуя смещения линий процесса поглощения и испускания, можно получить полезную информацию о строении твердых тел. Сдвиги могут измеряться при помощи мёссбауэровских спектрометров (рис. 6).


Рисунок 6 - Упрощенная схема мёссбауэровского прибора спектрометра

Источник гамма-квантов при помощи электродинамического или механического устройства приводится в возвратно-поступательное движение со скоростью относительно поглотителя. При помощи детектора гамма-процесса излучения измеряют зависимость от скорости интенсивности потока гамма-квантов, которые прошли через поглотитель.
Все экспериментальные опыты по наблюдению мёссбауэровских спектров сведены к наблюдению зависимости процесса поглощения (реже – рассеяния) гамма-квантов в изучаемом образце от скорости движения данного образца относительно источника. Не вдаваясь в подробности устройства разных экспериментальных установок, необходимо отметить, что классическая схема мёссбауэровского прибора спектрометра включает в себя следующие элементы: поглотитель, источник процесса излучения, система движения источника относительно поглотителя и детектор.
После опубликования первой статьи Мёссбауэра прошло около года перед тем, как другие лабораторные отделения стали повторять и расширять его опыты. Первые проверочные экспериментальные опыты проведены в США (Лос-Аламосская научная лаборатория и Аргоннская национальная лаборатория). При этом интересно, что исследования в Лос-Аламосской лабораторные отделения были начаты с заключения пари между двумя физиками, один из которых не верил в открытие Мёссбауэра, а другой повторил его опыт и выиграл таким образом спор (наблюдали гамму-линию в 67Zn). Значительный рост публикаций по данной тематике наблюдается после открытия эффекта Мёссбауэра в 57Fe, который был осуществлен также в Гарвардском университете, Аргоннской национальной лабораторные отделения и др. Легкость, с которой эффект может наблюдаться в 57Fe, его большая величина и его наличие вплоть до температур, которые превышают 1000 °С, сделали в итоге данную сферу исследований доступной даже лабораториям с весьма скромным оборудованием.
Скоро специалисты по физике выяснили, что с помощью эффекта Мёссбауэра можно определять времена жизни возбужденных состояний ядер и размеры самих ядер, точные величины электрических и магнитных полей возле излучателей-ядер, фононные спектры твердых тел. Для специалистов по химии же самыми важными стали два параметра – химический сдвиг резонансного сигнала и так называемое квадрупольное расщепление.
В итоге в физике твердого тела максимальное развитие получили исследования при помощи эффекта Мёссбауэра магнитных свойств и магнитной структуры соединений, элементов, в особенности, сплавов. В особенности ощутимый прогресс в рассматриваемом направлении был достигнут в трудах по редкоземельным элементам. Вторым наиболее важным направлением исследований стало исследование динамики кристаллической решетки.
Совершенно по-другому обстояло дело в химии. Оказалось, с помощью сигналов гамма-резонансной спектроскопии можно делать определенные заключения об электрическом поле в центре атома и решать типичные для химии задачи, которые связаны с природой химической связи. Мёссбауэровская спектроскопия позволила решить многие вопросы строения химических соединений, она нашла применение в радиационной химии и химической кинетике. Данный метод стал незаменим при определении структур биологических макромолекул с особенно большой молекулярной массой.
Необходимо также добавить к этому, что гамма-резонансная спектроскопия, как оказалось, имеет высокую чувствительность (на 5–6 порядков выше, чем в ядерном магнитном резонансе), соответственно, можно понять ажиотаж специалистов по химии в начале 1960–1970-х гг.
В частности, В.И.Гольданский в своей книге, которая посвящена применениям эффекта Мёссбауэра в химии, писал: «Основными объектами приложения эффекта Мёссбауэра в химии, по всей видимости, являются комплексные соединения и элементоорганические соединения. В сфере элементоорганических соединений значительный интерес представляет сопоставление общего характера элементо-углеродных связей, сильно различающегося для металлов основных групп и переходных металлов». Но с тех пор прошло много лет, и гамма-резонансная спектроскопия подтвердила свою перспективность использования для самых различных объектов и целей химии.

Заключение

Таким образом, можно сделать следующие выводы.
Разумеется, метод мёссбауэровской спектроскопии не настолько обширно применяется в химических исследованиях, как, к примеру, известные методы ЯМР, инфракрасной и масс-спектроскопии. Это связано как со сложностью и малой доступностью оборудования, так и с ограниченностью круга решаемых задач и объектов. Ведь сам эффект наблюдается на ядрах далеко не любых изотопов и элементов. Тем не менее, его применение достаточно актуально в сочетании с другими методами исследований, в особенности, радиоспектроскопией.
В последнее время получили развитие исследования мёссбауэровских спектров при высоких давлениях. Хотя последние оказывают сравнительно слабое влияние на электронные оболочки атомов, однако измеряемые в зависимости от давления показатели мёссбауэровских спектров несут новую информацию о взаимодействии ядра с электронным окружением. По сравнению с другими методами мёссбауэровская спектроскопия в исследованиях при высоких давлениях отличается большей чувствительностью к изменениям энергии.
Список использованных источников

Вертхейм Г. Эффект Мёссбауэра. М.: Мир, 1966. - 250 с.
Мастеров В.Ф., Насрединов Ф.С., Серегин П.П. // Физика твердого тела. 1995. Т. 37, № 5. С. 1265–1292.
Мастеров В.Ф., Насрединов Ф.С., Серегин П.П. Мёссбауэровская спектроскопия (Лабораторный практикум). СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1996. - 52 с.


Мастеров В.Ф., Насрединов Ф.С., Серегин П.П. Мёссбауэровская спектроскопия (Лабораторный практикум). СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1996. – с. 12.
Вертхейм Г. Эффект Мёссбауэра. М.: Мир, 1966. - с. 122.
Мастеров В.Ф., Насрединов Ф.С., Серегин П.П. // Физика твердого тела. 1995. Т. 37, № 5. С. 1265–1292.












2



4