Mössbauer স্পেকট্রোস্কোপি: ধারণা, বৈশিষ্ট্য, উদ্দেশ্য এবং প্রয়োগ

2024 লেখক: Angel Austin | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-02 17:42

Mössbauer বর্ণালী 1958 সালে Rudolf Ludwig Mössbauer দ্বারা আবিষ্কৃত একটি প্রভাবের উপর ভিত্তি করে একটি কৌশল। বিশেষত্ব হল যে পদ্ধতিটি কঠিন পদার্থে গামা রশ্মির অনুরণিত শোষণ এবং নির্গমনের প্রত্যাবর্তন নিয়ে গঠিত।

চৌম্বকীয় অনুরণনের মতো, Mössbauer স্পেকট্রোস্কোপি তার পরিবেশের প্রতিক্রিয়ায় একটি পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের শক্তি স্তরের ক্ষুদ্র পরিবর্তনগুলি পরীক্ষা করে। সাধারণত, তিন ধরনের মিথস্ক্রিয়া লক্ষ্য করা যায়:

• আইসোমার শিফট, যাকে আগে রাসায়নিক শিফটও বলা হত;
• চতুষ্পদ বিভাজন;
• আল্ট্রাফাইন স্প্লিটিং

গামা রশ্মির উচ্চ শক্তি এবং অত্যন্ত সংকীর্ণ রেখাপ্রস্থের কারণে, Mössbauer স্পেকট্রোস্কোপি শক্তির (এবং তাই ফ্রিকোয়েন্সি) রেজোলিউশনের ক্ষেত্রে একটি অত্যন্ত সংবেদনশীল কৌশল৷

মূল নীতি

যেমন একটি বন্দুক গুলি চালানোর সময় বাউন্স করে, গতি বজায় রাখার জন্য কোরকে (যেমন একটি গ্যাসে) পিছু হটতে হয় কারণ এটি গামা নির্গত বা শোষণ করেবিকিরণ যদি বিশ্রামে একটি পরমাণু একটি মরীচি নির্গত করে, তবে এর শক্তি প্রাকৃতিক রূপান্তর শক্তির চেয়ে কম। কিন্তু কোরটি গামা রশ্মিকে বিশ্রামে শোষণ করার জন্য, শক্তিকে প্রাকৃতিক শক্তির চেয়ে কিছুটা বেশি হতে হবে, কারণ উভয় ক্ষেত্রেই খোঁচাটি রিকোয়েলের সময় হারিয়ে যায়। এর অর্থ হল পারমাণবিক অনুরণন (অভিন্ন নিউক্লিয়াস দ্বারা একই গামা বিকিরণের নির্গমন এবং শোষণ) মুক্ত পরমাণুর সাথে পরিলক্ষিত হয় না, কারণ শক্তির স্থানান্তরটি খুব বড় এবং নির্গমন এবং শোষণ বর্ণালীতে উল্লেখযোগ্য ওভারল্যাপ নেই৷

একটি কঠিন স্ফটিকের নিউক্লগুলি বাউন্স করতে পারে না কারণ তারা একটি স্ফটিক জালি দ্বারা আবদ্ধ থাকে। যখন একটি কঠিনের একটি পরমাণু গামা বিকিরণ নির্গত বা শোষণ করে, তখনও কিছু শক্তি একটি প্রয়োজনীয় রিকোয়েল হিসাবে হারিয়ে যেতে পারে, তবে এই ক্ষেত্রে এটি সর্বদা ফোননস (ক্রিস্টাল জালির পরিমাপযুক্ত কম্পন) নামক বিচ্ছিন্ন প্যাকেটে ঘটে। যেকোনো পূর্ণসংখ্যার ফোনন নির্গত হতে পারে, শূন্য সহ, যা "নো রিকোয়েল" ইভেন্ট হিসাবে পরিচিত। এই ক্ষেত্রে, ভরবেগ সংরক্ষণ সম্পূর্ণরূপে ক্রিস্টাল দ্বারা সঞ্চালিত হয়, তাই শক্তির ক্ষতি হয় না।

আকর্ষণীয় আবিষ্কার

Moessbauer আবিষ্কার করেছেন যে নির্গমন এবং শোষণের ঘটনাগুলির একটি উল্লেখযোগ্য অংশ রিটার্ন ছাড়াই হবে। এই সত্যটি Mössbauer স্পেকট্রোস্কোপিকে সম্ভব করে তোলে, যেহেতু এর মানে হল যে একটি একক নিউক্লিয়াস দ্বারা নির্গত গামা রশ্মি একই আইসোটোপ সহ নিউক্লিয়াস ধারণকারী একটি নমুনা দ্বারা অনুরণিতভাবে শোষিত হতে পারে - এবং এই শোষণ পরিমাপ করা যেতে পারে৷

পরমাণু ব্যবহার করে শোষণের রিকোয়েল ভগ্নাংশ বিশ্লেষণ করা হয়অনুরণিত দোলনা পদ্ধতি।

কোথায় Mössbauer স্পেকট্রোস্কোপি পরিচালনা করবেন

এর সবচেয়ে সাধারণ আকারে, একটি কঠিন নমুনা গামা বিকিরণের সংস্পর্শে আসে এবং ডিটেক্টর পুরো রশ্মির তীব্রতা পরিমাপ করে যা স্ট্যান্ডার্ডের মধ্য দিয়ে গেছে। গামা রশ্মি নির্গত উত্সের পরমাণুগুলির অবশ্যই একই আইসোটোপ থাকতে হবে যা নমুনাতে শোষণ করে।

যদি বিকিরণকারী এবং শোষণকারী নিউক্লিয়াস একই রাসায়নিক পরিবেশে থাকে, তাহলে পারমাণবিক রূপান্তর শক্তি ঠিক সমান হবে, এবং বিশ্রামে উভয় পদার্থের সাথে অনুরণিত শোষণ পরিলক্ষিত হবে। তবে রাসায়নিক পরিবেশের পার্থক্যের কারণে পারমাণবিক শক্তির মাত্রা বিভিন্ন উপায়ে পরিবর্তন হয়।

নাগাল এবং গতি

Mössbauer স্পেকট্রোস্কোপি পদ্ধতির সময়, ডপলার প্রভাব পেতে এবং একটি নির্দিষ্ট ব্যবধানে গামা রশ্মি শক্তি স্ক্যান করতে একটি রৈখিক মোটর ব্যবহার করে উৎসটিকে বিভিন্ন বেগের উপর ত্বরান্বিত করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, 57Fe-এর জন্য একটি সাধারণ পরিসর হতে পারে ±11 মিমি/সেকেন্ড (1 মিমি/সে=48.075 neV)।

এখানে Mössbauer স্পেকট্রোস্কোপি করা সহজ, যেখানে প্রাপ্ত বর্ণালীতে গামা রশ্মির তীব্রতা উৎস হারের একটি ফাংশন হিসাবে উপস্থাপিত হয়। নমুনার অনুরণিত শক্তির মাত্রার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ গতিতে, কিছু গামা রশ্মি শোষিত হয়, যা পরিমাপিত তীব্রতা হ্রাস করে এবং বর্ণালীতে একটি অনুরূপ ডুব দেয়। চূড়াগুলির সংখ্যা এবং অবস্থান শোষণকারী নিউক্লিয়াসের রাসায়নিক পরিবেশ সম্পর্কে তথ্য প্রদান করে এবং নমুনাটিকে চিহ্নিত করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। যার ফলেMössbauer স্পেকট্রোস্কোপি ব্যবহারের ফলে রাসায়নিক যৌগের গঠনের অনেক সমস্যা সমাধান করা সম্ভব হয়েছে; এটি গতিবিদ্যাতেও ব্যবহৃত হয়।

একটি উপযুক্ত উৎস নির্বাচন করা

কাঙ্ক্ষিত গামা রশ্মির ভিত্তি একটি তেজস্ক্রিয় অভিভাবক নিয়ে গঠিত যা পছন্দসই আইসোটোপে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। উদাহরণস্বরূপ, উৎস ⁵⁷Fe ⁵⁷Co নিয়ে গঠিত, যা ^{57 থেকে উত্তেজিত অবস্থা থেকে একটি ইলেক্ট্রন ক্যাপচার করে খণ্ডিত হয়} ফে. এটি, ঘুরে, সংশ্লিষ্ট শক্তির নির্গত গামা রশ্মির প্রধান অবস্থানে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। তেজস্ক্রিয় কোবাল্ট ফয়েলে প্রস্তুত করা হয়, প্রায়শই রোডিয়াম। আদর্শভাবে, আইসোটোপের একটি সুবিধাজনক অর্ধ-জীবন থাকা উচিত। উপরন্তু, গামা বিকিরণের শক্তি অবশ্যই তুলনামূলকভাবে কম হতে হবে, অন্যথায় সিস্টেমে একটি কম নন-রিকোয়েল ভগ্নাংশ থাকবে, যার ফলে একটি দুর্বল অনুপাত এবং একটি দীর্ঘ সংগ্রহের সময় হবে। নীচের পর্যায় সারণীটি MS-এর জন্য উপযুক্ত একটি আইসোটোপ আছে এমন উপাদানগুলি দেখায়। এর মধ্যে, ^{57Fe আজ এই কৌশলটি ব্যবহার করে অধ্যয়ন করা সবচেয়ে সাধারণ উপাদান, যদিও SnO₂ (Mössbauer স্পেকট্রোস্কোপি, ক্যাসিটারাইট) প্রায়শই ব্যবহৃত হয়৷}

Mössbauer স্পেকট্রার বিশ্লেষণ

উপরে বর্ণিত হিসাবে, এটির অত্যন্ত সূক্ষ্ম শক্তি রেজোলিউশন রয়েছে এবং এটি সংশ্লিষ্ট পরমাণুর পারমাণবিক পরিবেশে এমনকি সামান্য পরিবর্তন সনাক্ত করতে পারে। উপরে উল্লিখিত হিসাবে, পারমাণবিক মিথস্ক্রিয়া তিন ধরনের আছে:

• আইসোমার শিফট;
• চতুষ্পদ বিভাজন;
• আল্ট্রাফাইন স্প্লিটিং।

আইসোমেরিক শিফট

আইসোমার শিফ্ট (δ) (কখনও কখনও রাসায়নিকও বলা হয়) একটি আপেক্ষিক পরিমাপ যা একটি নিউক্লিয়াসের অনুরণিত শক্তির পরিবর্তনকে বর্ণনা করে যা এর s-অরবিটালের মধ্যে ইলেকট্রন স্থানান্তরের কারণে হয়। এস-ইলেক্ট্রনের চার্জ ঘনত্বের উপর নির্ভর করে সমগ্র বর্ণালীটি ইতিবাচক বা নেতিবাচক দিকে স্থানান্তরিত হয়। এই পরিবর্তনটি অ-শূন্য সম্ভাবনা সহ প্রদক্ষিণকারী ইলেকট্রন এবং তারা ঘূর্ণায়মান অ-শূন্য ভলিউম সহ নিউক্লিয়াসের মধ্যে ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক প্রতিক্রিয়ার পরিবর্তনের কারণে হয়।

উদাহরণ: যখন টিন-119 Mössbauer স্পেকট্রোস্কোপিতে ব্যবহার করা হয়, তখন একটি দ্বি-দ্বৈত ধাতুর বিচ্ছিন্নতা যাতে পরমাণু দুটি ইলেকট্রন পর্যন্ত দান করে (আয়নটিকে Sn2+ ^{বলা হয়), এবং একটি চার-ভ্যালেন্টের সংযোগ (আয়ন Sn}4+^{), যেখানে পরমাণু চারটি ইলেকট্রন পর্যন্ত হারায়, বিভিন্ন আইসোমেরিক শিফট থাকে।}

শুধুমাত্র s-অরবিটালগুলি সম্পূর্ণরূপে অ-শূন্য সম্ভাবনা দেখায়, কারণ তাদের ত্রিমাত্রিক গোলাকার আকৃতিতে নিউক্লিয়াস দ্বারা দখলকৃত আয়তন অন্তর্ভুক্ত থাকে। যাইহোক, p, d এবং অন্যান্য ইলেকট্রন স্ক্রিনিং প্রভাবের মাধ্যমে ঘনত্ব s কে প্রভাবিত করতে পারে।

আইসোমার শিফটকে নীচের সূত্র ব্যবহার করে প্রকাশ করা যেতে পারে, যেখানে K হল পারমাণবিক ধ্রুবক, R_e2 এবং R এর মধ্যে পার্থক্য ^g2 _{- উত্তেজিত অবস্থা এবং স্থল অবস্থার মধ্যে কার্যকর পারমাণবিক চার্জ ব্যাসার্ধের পার্থক্য, পাশাপাশি [Ψ}s এর মধ্যে পার্থক্য ²(0)], a এবং [Ψ_s2(0)] ^b নিউক্লিয়াসে ইলেকট্রন ঘনত্বের পার্থক্য (a=উৎস, b=নমুনা)। রাসায়নিক পরিবর্তনএখানে বর্ণিত আইসোমার তাপমাত্রার সাথে পরিবর্তিত হয় না, তবে Mössbauer বর্ণালীটি দ্বিতীয়-ক্রম ডপলার প্রভাব নামে পরিচিত একটি আপেক্ষিক ফলাফলের কারণে বিশেষভাবে সংবেদনশীল। একটি নিয়ম হিসাবে, এই প্রভাবের প্রভাব ছোট, এবং IUPAC মান এটিকে সংশোধন না করেই আইসোমার শিফটের রিপোর্ট করার অনুমতি দেয়৷

একটি উদাহরণ সহ ব্যাখ্যা

উপরের ছবিতে দেখানো সমীকরণের শারীরিক অর্থ উদাহরণ দিয়ে ব্যাখ্যা করা যেতে পারে।

⁵⁷ Fe এর বর্ণালীতে s-ইলেকট্রনের ঘনত্বের বৃদ্ধি ঘটলে একটি নেতিবাচক স্থানান্তর ঘটে, যেহেতু কার্যকর পারমাণবিক চার্জের পরিবর্তন নেতিবাচক (R এর কারণে _{e <R}g_), 119 ^{Sn-এ এস-ইলেকট্রনের ঘনত্বের বৃদ্ধি একটি ইতিবাচক শিফট দেয় মোট পারমাণবিক চার্জের ইতিবাচক পরিবর্তনের জন্য (R}e_{> R}g _{এর কারণে)।}

অক্সিডাইজড ফেরিক আয়নগুলির (Fe³⁺) লৌহঘটিত আয়নগুলির (Fe2+^{) তুলনায় ছোট আইসোমার স্থানান্তর রয়েছে কারণ s এর ঘনত্ব - ডি-ইলেকট্রনের দুর্বল শিল্ডিং ইফেক্টের কারণে ফেরিক আয়নের মূলে ইলেকট্রন বেশি থাকে।}

আইসোমার শিফট অক্সিডেশন স্টেট, ভ্যালেন্স স্টেট, ইলেকট্রন শিল্ডিং এবং ইলেকট্রন নেগেটিভ গ্রুপ থেকে ইলেকট্রন প্রত্যাহার করার ক্ষমতা নির্ধারণের জন্য উপযোগী।

চতুষ্পদ বিভাজন

Quadrupole বিভাজন পারমাণবিক শক্তির স্তর এবং পরিবেষ্টিত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের গ্রেডিয়েন্টের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া প্রতিফলিত করে।একটি নন-গোলাকার চার্জ বন্টন সহ রাজ্যে নিউক্লিয়াস, অর্থাৎ, যে সমস্ত ক্ষেত্রে কৌণিক কোয়ান্টাম সংখ্যা 1/2-এর বেশি, তাদের একটি পারমাণবিক চতুর্ভুজ মুহূর্ত থাকে। এই ক্ষেত্রে, একটি অসমমিত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র (অসমম্যাট্রিক ইলেকট্রনিক চার্জ বিতরণ বা লিগ্যান্ড বিন্যাস দ্বারা উত্পাদিত) পারমাণবিক শক্তির স্তরগুলিকে বিভক্ত করে৷

একটি আইসোটোপের ক্ষেত্রে উত্তেজিত অবস্থায় I=3/2, যেমন ⁵⁷ Fe বা ¹¹⁹ Sn, উত্তেজিত অবস্থা দুটি সাবস্টেটে বিভক্ত: m_I=± 1/2 এবং m_{I=± 3/2। একটি রাজ্য থেকে উত্তেজিত অবস্থায় রূপান্তরগুলি বর্ণালীতে দুটি নির্দিষ্ট শিখর হিসাবে উপস্থিত হয়, কখনও কখনও এটিকে "দ্বৈত" হিসাবে উল্লেখ করা হয়। কোয়াড্রপোল বিভাজন এই দুটি শিখরের মধ্যে দূরত্ব হিসাবে পরিমাপ করা হয় এবং নিউক্লিয়াসে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রকৃতিকে প্রতিফলিত করে।}

চতুষ্পদ বিভাজন অক্সিডেশন অবস্থা, অবস্থা, প্রতিসাম্য এবং লিগ্যান্ডের বিন্যাস নির্ধারণ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।

চৌম্বকীয় অতি সূক্ষ্ম বিভাজন

এটি নিউক্লিয়াস এবং আশেপাশের যে কোনও চৌম্বক ক্ষেত্রের মধ্যে মিথস্ক্রিয়ার ফলাফল। স্পিন I সহ একটি নিউক্লিয়াস চৌম্বক ক্ষেত্রের উপস্থিতিতে 2 I + 1 উপ-শক্তি স্তরে বিভক্ত হয়। উদাহরণস্বরূপ, স্পিন স্টেট I=3/2 সহ একটি নিউক্লিয়াস m_I +3/2, +1/2, - 1/ মান সহ 4টি অ-ক্ষয়প্রাপ্ত সাবস্টেটে বিভক্ত হবে 2 এবং −3/2। প্রতিটি পার্টিশন হাইপারফাইন, 10^{-7 eV. চৌম্বকীয় ডাইপোলগুলির জন্য নির্বাচনের নিয়মের অর্থ হল উত্তেজিত অবস্থা এবং স্থল অবস্থার মধ্যে স্থানান্তর শুধুমাত্র তখনই ঘটতে পারে যেখানে m 0 বা 1 তে পরিবর্তিত হয়। এটি থেকে যেতে 6টি সম্ভাব্য রূপান্তর দেয়3/2 থেকে 1/2। বেশিরভাগ ক্ষেত্রে, হাইপারফাইন বিভাজন দ্বারা উত্পাদিত বর্ণালীতে শুধুমাত্র 6টি শিখর লক্ষ্য করা যায়।}

বিভাজনের মাত্রা নিউক্লিয়াসের যেকোনো চৌম্বক ক্ষেত্রের তীব্রতার সমানুপাতিক। অতএব, চৌম্বক ক্ষেত্রটি বাইরের শিখরগুলির মধ্যে দূরত্ব থেকে সহজেই নির্ধারণ করা যেতে পারে। অনেক লৌহ যৌগ সহ ফেরোম্যাগনেটিক পদার্থগুলিতে, প্রাকৃতিক অভ্যন্তরীণ চৌম্বক ক্ষেত্রগুলি বেশ শক্তিশালী এবং তাদের প্রভাবগুলি বর্ণালীতে আধিপত্য বিস্তার করে৷

সবকিছুর সমন্বয়

তিনটি প্রধান Mössbauer পরামিতি:

• আইসোমার শিফট;
• চতুষ্পদ বিভাজন;
• আল্ট্রাফাইন স্প্লিটিং।

তিনটি আইটেম প্রায়শই মানগুলির সাথে তুলনা করে একটি নির্দিষ্ট যৌগ সনাক্ত করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। এই কাজটিই Mössbauer স্পেকট্রোস্কোপির সমস্ত পরীক্ষাগারে করা হয়। কিছু প্রকাশিত পরামিতি সহ একটি বড় ডাটাবেস, ডেটা সেন্টার দ্বারা রক্ষণাবেক্ষণ করা হয়। কিছু ক্ষেত্রে, একটি যৌগ একটি Mössbauer সক্রিয় পরমাণুর জন্য একাধিক সম্ভাব্য অবস্থান থাকতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, ম্যাগনেটাইটের স্ফটিক কাঠামো (Fe₃ O_{4) লোহার পরমাণুর জন্য দুটি ভিন্ন অবস্থান বজায় রাখে। এর বর্ণালীতে 12টি শিখর রয়েছে, প্রতিটি সম্ভাব্য পারমাণবিক সাইটের জন্য একটি সেক্সটেট যা পরামিতির দুটি সেটের সাথে সম্পর্কিত।}

আইসোমেরিক শিফট

Mössbauer স্পেকট্রোস্কোপি পদ্ধতি প্রয়োগ করা যেতে পারে এমনকি যখন তিনটি প্রভাব অনেকবার পরিলক্ষিত হয়। এই ধরনের ক্ষেত্রে, আইসোমেরিক শিফ্ট সমস্ত লাইনের গড় দ্বারা দেওয়া হয়। quadrupole বিভক্ত যখন সব চারউত্তেজিত সাবস্টেটগুলি সমানভাবে পক্ষপাতদুষ্ট (দুটি সাবস্টেট উপরে এবং অন্য দুটি নিচে) ভিতরের চারটির সাপেক্ষে দুটি বাইরের রেখার অফসেট দ্বারা নির্ধারিত হয়। সাধারণত, সুনির্দিষ্ট মানগুলির জন্য, উদাহরণস্বরূপ, ভোরোনজে Mössbauer স্পেকট্রোস্কোপির পরীক্ষাগারে, উপযুক্ত সফ্টওয়্যার ব্যবহার করা হয়৷

উপরন্তু, বিভিন্ন চূড়ার আপেক্ষিক তীব্রতা নমুনায় যৌগের ঘনত্বকে প্রতিফলিত করে এবং আধা-পরিমাণগত বিশ্লেষণের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে। যেহেতু ফেরোম্যাগনেটিক ঘটনাগুলি মাত্রার উপর নির্ভরশীল, কিছু ক্ষেত্রে বর্ণালী ক্রিস্টালাইটের আকার এবং উপাদানের শস্যের গঠন সম্পর্কে অন্তর্দৃষ্টি দিতে পারে৷

Mossbauer স্পেকট্রোস্কোপি সেটিংস

এই পদ্ধতিটি একটি বিশেষ বৈকল্পিক, যেখানে নির্গত উপাদানটি পরীক্ষার নমুনায় থাকে এবং শোষণকারী উপাদানটি স্ট্যান্ডার্ডে থাকে। প্রায়শই, এই পদ্ধতিটি ⁵⁷Co / ⁵⁷Fe জোড়ায় প্রয়োগ করা হয়। একটি সাধারণ প্রয়োগ হল হাইড্রোডেসালফারাইজেশনে ব্যবহৃত নিরাকার কো-মো অনুঘটকের মধ্যে কোবাল্ট সাইটগুলির বৈশিষ্ট্য। এই ক্ষেত্রে, নমুনাটি ^{57Ko. দিয়ে ডোপ করা হয়}