Spektroskopia. mössbauerowska

Transkrypt

1 Spektroskopia Spektroskopia Mӧssbauerowska mössbauerowska Adrianna Rokosa Maria Dawiec

2 1. Zarys historyczny 2. Podstawy teoretyczne 3. Efekt Mössbauera 4. Spektroskopia mössbauerowska 5. Zastosowanie w biologii 6. Podsumowanie 7. Bibliografia Plan prezentacji

3 Zarys historyczny» Zjawisko bezodrzutowej emisji i absorpcji promieniowania gamma γ zostało odkryte przez niemieckiego fizyka - Rudolfa Mößbauera - w 1957 r.» Nagroda Nobla w 1961 r.» Rozwój spektroskopii Mößbauerowskiej w Polsce zainicjował prof. dr Andrzej Hrynkiewicz w 1960 r. Rudolf Ludwig Mößbauer

4 Podstawy teoretyczne Zasada nieoznaczoności Heisenberga gdzie: ΔE - nieoznaczoność pomiaru energii Rys. 1 Wzbudzenie i powrót do stanu podstawowego jądra atomu. misja+fotonów Δ - nieoznaczoność pomiaru czasu życia ħ - stała Plancka [ev s]

5 Rozkład energii emitowanych fotonów jest opisany krzywą Lorentza: gdzie: N(E) - liczba fotonów E 0 - energia najbardziej prawdopodobna Rys. 2 Kształt krzywej Lorentza N(E) - naturalna szerokość linii widmowej

6 Odrzut atomu Jądro emitując fotony doznaje pewnego odrzutu, a co za tym idzie odrzutu doznaje cały atom. gdzie: E R - energia odrzutu E - energia fotonu M - masa atomu c - prędkość światła Rys. 3 Schemat niedopasowania energetycznego linii emisji i absorpcji promieniowania.

7 Dopplerowskie poszerzenie liniii widmowej Atomy emitujące lub absorbujące fotony promieniowania wykonują ruchy cieplne - nie znajdują się w spoczynku. Jest to powodem efektu Dopplera i widoczne w przesunięciu energetycznym lub poszerzeniu linii widmowej. gdzie: Rys. 4 Poszerzenie temperaturowe linii widmowych, umożliwiające obserwację absorpcji rezonansowej. Eˠ - energia fotonu w układzie poruszającego się atomu v - prędkość emitującego atomu C - prędkość światła

8 Efekt Mössbauera Dla atomów związanych w sieci krystalicznej istnieje prawdopodobieństwo, że pęd odrzutu zostanie przejęty przez cały kryształ. Oznacza to, że zamiast masy atomu w poniższym wzorze znajdzie się masa kryształu. Miarą wielkości tego zjawiska jest czynnik Debye a - Wallera czyli stosunek liczby fotonów wyemitowanych bezodrzutowo co całkowitej liczby przejść.

9 Pierwiastki Mössbauerowskie Rys. 5 Pierwiastki (na czerwono) Mössbauerowskie

10 Spektroskopia Mössbauerowska Rys. 6 Schemat ideowy spektrometru Sawicki J., Badanie elektrycznego oddziaływania kwadrupolowego metodą spektroskopii mossbauerowskiej, Zeszyty Naukowe UJ CCCLXXXIV, PWN, Kraków 1975

11 Zastosowanie w biologii Używany pierwiastek: 57 Fe Główny cel: Określanie stanów elektronowych żelaza i uzyskiwanie informacji o ich zmianach.

12 Zastosowanie w biologii Białka hemowe Białko hemowe: Rys. 9 Widmo absorpcyjne deoksyhemoglobiny a) B=0, b) B=3T Rys. 8 Widmo absorpcyjne oksyhemoglobiny a) B=0, b) B=3T Rys. 7. Schemat Grupy hemowej

13 Zastosowanie w biologii Białka żelazo-siarkowe Rys. 10. Centrum aktywne białka Fe-S o czterech atomach żelaza. Rys. 11. Centrum 2Fe-2S

14 Zastosowanie w biologii Białka żelazo-siarkowe Rys. 10. Centrum aktywne białka Fe-S o czterech atomach żelaza. Rys. 11. Centrum 2Fe-2S

15 Zastosowanie w biologii Białka transportujące żelazo - różne powinowactwo do jonów żelaza w zależności od stanu spinowego

16 Zastosowanie w biologii Białka transportujące żelazo - różne powinowactwo do jonów żelaza w zależności od stanu spinowego Białka magazynujące żelazo - możliwość wyznaczenia rozmiarów ich składników

17 Zastosowanie w biologii Białka transportujące żelazo - różne powinowactwo do jonów żelaza w zależności od stanu spinowego Białka magazynujące żelazo - możliwość wyznaczenia rozmiarów ich składników Biomineralizacja - udowodnienie jej ciągłości

18 Zastosowanie w biologii Białka transportujące żelazo - różne powinowactwo do jonów żelaza w zależności od stanu spinowego Białka magazynujące żelazo - możliwość wyznaczenia rozmiarów ich składników Biomineralizacja - udowodnienie jej ciągłości Krystality na brzuszkach bakterii i robaczków

19 Podsumowanie Nowa metoda badań, znajdująca wiele zastosowań Możliwość badania wielu zjawisk Umożliwia obserwację oddziaływań pomiędzy cząsteczkami Metoda selektywna dająca informacje tylko o badanym nuklidzie mossbauerowskim

20 Bibliografia [1] Własności magnetyczne związków opartych o jony kobaltu i oktacyjano-wolframianu, P. Tracz, Praca doktorska, Kraków, 2009 r. [2] Zastosowanie spektroskopii Mössbauerowskiej i mikroskopii elektronowej do wyjaśnienia roli żelaza w powstawaniu choroby Parkinsona, Jolanta Gałązka-Friedman, Wydział Fizyki PW [3] Zastosowanie Spektroskopii Mossbauerowskiej w badaniach przemian fazowych w stalach, A. Błachowski, K. Ruebenbauer, J. Jura [4] Zastosowanie spektroskopii mössbauerowskiej do oznaczania zawartości żelaza Fe2+/Fe3+ w kruszywach magnezjowych, P. Stoch, J.Szczerba, Materiały Ceramiczne, 65, 4/2015 [5] Spektroskopia Mӧssbauera dlaczego uhonorowana nagrodą Nobla?, Krzysztof Wojciech Fornalski [6] Struktura magnetyczna epitaksjalnych układów na bazie metal-tlenek na bazie Fe, Rozprawa doktorska AGH, Kraków, 2008 r., rozdz , str [7] Biospektroskopia t. 1, PWN, Warszawa, 1989 r, Rozdział II - A. Hrynkiewicz, Spektroskopia Mossbauerowska, [8] Fizyka Chemiczna, PWN, Warszawa 1989 r., Rozdział 8 - Metoda spektroskopii mossbauerowskiej w zastosowaniu do określania charakteru wiązań chemicznych,

21