穆斯堡尔谱（Mossbauer spectroscopy）是通过穆斯堡尔谱来分析固态材料中超精细相互作用。穆斯堡尔谱学反应了原子核和其周围环境的电或磁的相互作用，能为我们提供物质结构等多方面的信息。已被广泛应用到物理学、化学、材料科学、冶金学、生物学、医学、地质学、矿物学和考古学等各个领域，并可用来研究非晶材料、固体表面和化学催化、矿物学、化学结构和化学键、晶格动力学和相转变、磁性材料和超精细场研究、辐射损伤和离子注入、金属和合金、电子极化、晶格缺陷等。

(相关资料图)

穆斯堡尔谱原理

1.多普勒效应：如一个幅射源相对接收者运动，则对接收者而言，幅射波长（频率、能量）随二者的相对运动方向与速度而变化：AE=VE/C ；AE-射线能量的变化，E-射线能量，V-速度。2.同质异能核：（1）电荷数与质量相同但能态不同的核，如：Fe，Fe+，Fe2+，Fe3+，Fe6+。（2）如用放射性核57Fe为标样，它发出能量为A=hv的γ射线；（γ射线是不稳定的原子核从能量较高的激发态跃迁到能量较低的能级或基态时放出的电磁波）含铁样品中Fe的能级差为B；设ΔE=A-B。（3）当标样相对含铁样品运动，则样品接受的γ射线能量为hv+/-AE。

（4）当速度达到某值，使：B=hv+/-AE=A+/-VE/C；则形成共振吸收，就得到Mossbauer谱。

穆斯堡尔谱仪器结构

如图1所示，谱仪主要包括放射源、驱动系统发电机、放大器、传感器、探测器、前置放大器、单通道、探测器和记录系统组成。对于不含穆斯堡尔原子的固体，可以通过在所研究对象中人为的引入所需要的某种合适的穆斯堡尔谱核进行研究，即将穆斯堡尔核作为探针进行间接研究。

穆斯堡尔谱图横坐标为放射源的运动速度，单位为mm/s；纵坐标为吸收率（或透射率），为电压脉冲信号经放大、分析而记录出来。

穆斯堡尔谱特点

1.优点

（1）所用的测量设备和测量方法较为简单。（2）可以同时提供多种物理和化学信息。（3）进行测试时对所测试样没有损坏。（4）灵敏度高。由于穆斯堡尔效应对核外化学环境的变化十分敏感，因此用该法研究固态物质的精细结构及超精细结构时具有极高的灵敏度。（6）分辨率高。57Fe核的γ射线光子共振吸收的分辨率可达1013，可以用来研究原子核与周围环境之间的超精细相互作用。（7）抗扰能力强。由于穆斯堡尔效应的发生对象为特定原子核（如57Fe）的共振吸收，因此穆斯堡尔效应受其他原子核及元素的干扰很小，抗干扰能力很强。（8）研究应用范围广。研究对象可以是导体、半导体或绝缘体，也可以是晶态或非晶态材料、薄膜或固体的表层，还可以是粉末或冻结溶液。

2.缺点

只有有限数量的核有穆斯堡尔效应，且许多还必须在低温下或在具有制备源条件的实验室内进行，使它的应用受到较多的限制，事实上，至今只有57Fe和119Sn等少的穆斯堡尔核得到了充分的应用。

穆斯堡尔谱主要应用

1.穆斯堡尔谱可以简便地确定某种材料（材料中需含有穆斯堡尔核）是否为非晶态。由于晶态材料的穆斯堡尔谱参数均有确定值，且共振谱线不平滑；非晶态材料的穆斯堡尔谱参数是连续或准连续分布的，则共振谱较宽。所以所以通过观察共振谱线的形状，便可分辨晶态与非晶态材料。2.穆斯堡尔谱可对待测样品进行定性或定量相分析。穆斯堡尔谱精度和敏感性极高，就算待测样品变化较小，谱图也会发生变化，超精细参数就会有差异。因此，根据超精细参数的差异，可定性分析物相组成。通过待测样品中不同物相的穆斯堡尔谱的积分强度定量或半定量地确定出各物相在样品中的比例。

3.穆斯堡尔谱可以确定材料的相变温度Tm。由于穆斯堡尔谱图在相变点会产生明显的不连续变化，根据这种变化可以确定物相的相变温度。

穆斯堡尔谱应用领域

1.在物理学上，穆斯堡尔谱可以用来验证相对论等基本物理原理。2.在冶金方面，穆斯堡尔谱广泛用于金属和合金方面的研究，包括金属和合金的电子结构、晶体结构、磁性、相变、缺陷和表面等。3.在化学领域中，穆斯堡尔谱可用来研究化合价、化学键、分子结构、表面化学和催化等。4.在矿物学中，通过对大约 300多种矿物进行穆斯堡尔谱测试，得到了大约 4000多组矿物的穆斯堡尔谱数据。早期，主要用穆斯堡尔谱来确定矿物中铁的氧化态、电子组态和有序-无序分布，矿物的固相反应。近年，已经用穆斯堡尔谱来分析矿物成分和四极分裂和内磁场之间的关系。5.在生物学上，穆斯堡尔谱可用于分析含铁的生物聚合物，可用于分析含铁聚合物的配位情况、电子组态合动力学特性等。

6.在考古方面，穆斯堡尔谱可以从物质复杂的结构中后得到信息的选择性和针对性，对样品具有无损跟踪能力。

参考文献

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