第7章穆斯堡尔效应.ppt

核分析基础及应用核分析基础及应用核分析基础及应用核分析基础及应用成都理工大学 李丹第第七七章章 穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应成都理工大学成都理工大学 核自学院核自学院1主要内容主要内容概述概述第一节第一节 穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱及穆斯堡尔谱第二节第二节 穆斯堡尔参数穆斯堡尔参数第三节第三节 穆斯堡尔穆斯堡尔实验装置实验装置第第四四节节 穆斯堡尔穆斯堡尔谱学的应用谱学的应用核分析基础及应用核分析基础及应用2概概 述述l穆斯堡尔效应的发现穆斯堡尔效应的发现穆斯堡尔效应的发现穆斯堡尔效应的发现核分析基础及应用核分析基础及应用1958年，德国人年，德国人穆斯堡尔穆斯堡尔(R.L.Mossbaure)在致力在致力于有关原子核于有关原子核射线共振吸收的研究时，发现了穆斯射线共振吸收的研究时，发现了穆斯堡尔效应。堡尔效应。1961年，穆斯堡尔由年，穆斯堡尔由于发现穆斯堡尔效应于发现穆斯堡尔效应分享到了诺贝尔物理分享到了诺贝尔物理学奖。学奖。3第一节第一节 穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱及穆斯堡尔谱一、一、穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应无反冲原子核的无反冲原子核的发射和其共振吸收现象。发射和其共振吸收现象。即处于激发即处于激发态的原子核发射出的态的原子核发射出的光子，被另光子，被另一个一个处于基态的同种处于基态的同种元素元素原子核原子核所吸收，而所吸收，而跃迁跃迁到激发态的现象。到激发态的现象。核分析基础及应用核分析基础及应用了解几点知识了解几点知识（2 2）原子核衰变：）原子核衰变：处于激发态的原子核可以通过释放能量处于激发态的原子核可以通过释放能量回落到基回落到基态，其能量释放是以发射态，其能量释放是以发射光子的形式完成，称光子的形式完成，称为为 衰变。衰变。（1 1）原子核能级：）原子核能级：原子核具有能级结构，处于不同状态的原子核具有能级结构，处于不同状态的原子核具有不同的能量。原子核具有不同的能量。4第一节第一节 穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱及穆斯堡尔谱一、一、穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应核分析基础及应用核分析基础及应用（3 3）原子核的共振吸收：）原子核的共振吸收：原子核（发射体）发射出的原子核（发射体）发射出的光子，光子，在通过处于基态的同种元素原子核（吸收体）时，将被原子在通过处于基态的同种元素原子核（吸收体）时，将被原子核吸收，其能量可跃迁到激发态，为原子核的共振吸收。核吸收，其能量可跃迁到激发态，为原子核的共振吸收。（4 4）原子核的反冲：）原子核的反冲：原子核在发射或吸收原子核在发射或吸收光子时，核将受到光子时，核将受到一个相反方向的反冲，自身要产生反冲作用。一个相反方向的反冲，自身要产生反冲作用。（5 5）核反冲作用的消除：）核反冲作用的消除：将发射体和吸收体都冷却到液态空将发射体和吸收体都冷却到液态空气温度（约气温度（约88K），使原子核由于键合作用被牢牢固定在点），使原子核由于键合作用被牢牢固定在点阵晶格上，反冲动能趋向于零。阵晶格上，反冲动能趋向于零。无反冲核无反冲核发射和共振吸收，发射和共振吸收，可使穆斯堡尔效应大大增强。可使穆斯堡尔效应大大增强。5第一节第一节 穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱及穆斯堡尔谱一、一、穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应核分析基础及应用核分析基础及应用假定原子核在发射假定原子核在发射时原子核获得的反冲动能为：时原子核获得的反冲动能为：M M为原子核质量；为原子核质量；P P光子动量，它与能量的关系为：光子动量，它与能量的关系为：核的反冲动量核的反冲动量P Pn n与与P P大小相等、方向相反大小相等、方向相反，反冲动能，反冲动能E ER R是由是由原子核内部激发态返回基态时提供的，因此原子核内部激发态返回基态时提供的，因此激发核在退激发激发核在退激发时发出的时发出的射线能量射线能量E E比相应的跃迁能量比相应的跃迁能量E E0 0要小要小E ER R：E E0 0为激发态和基态的能量差。为激发态和基态的能量差。6第一节第一节 穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱及穆斯堡尔谱一、一、穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应核分析基础及应用核分析基础及应用 同理，自由的、静止的原子核在吸收同理，自由的、静止的原子核在吸收射线时，原子核也射线时，原子核也受到反冲，因此受到反冲，因此光子的能量不是全部被用来激发原子核，光子的能量不是全部被用来激发原子核，有一部分提供为核的反冲能有一部分提供为核的反冲能E ER R，即要将吸收和从基态激发，即要将吸收和从基态激发到激发态所需的到激发态所需的射线能量为射线能量为：如果能级的能量差为如果能级的能量差为E E0 0，那么，那么发发射线和吸收线两者的能量相差射线和吸收线两者的能量相差2 2E ER R。若。若E ER R远大于能级宽度远大于能级宽度，则，则发射线和吸收线没有重叠部分，发射线和吸收线没有重叠部分，无法实现共振吸收。无法实现共振吸收。7第一节第一节 穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱及穆斯堡尔谱二二二二、基本原理、基本原理、基本原理、基本原理 核分析基础及应用核分析基础及应用理论上，当一个原子核由激发态跃迁到基态，发出一个理论上，当一个原子核由激发态跃迁到基态，发出一个射射线光子。当这个光子遇到另一个同样的原子核时，就能够被线光子。当这个光子遇到另一个同样的原子核时，就能够被共振吸收。但是实际情况中，因为原子核在放出一个光子的共振吸收。但是实际情况中，因为原子核在放出一个光子的时候，自身也具有了一个反冲动量，这个反冲动量会使光子时候，自身也具有了一个反冲动量，这个反冲动量会使光子的能量减少。同样原理，吸收光子的原子核由于反冲效应，的能量减少。同样原理，吸收光子的原子核由于反冲效应，吸收的光子能量会有所增大。这样造成相同原子核的发射谱吸收的光子能量会有所增大。这样造成相同原子核的发射谱和吸收谱有一定差异，所以自由的原子核很难实现共振吸收。和吸收谱有一定差异，所以自由的原子核很难实现共振吸收。8第一节第一节 穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱及穆斯堡尔谱二二二二、基本原理、基本原理、基本原理、基本原理 核分析基础及应用核分析基础及应用如果把放射源和吸收体都做成固体或晶体，使原子放入固体如果把放射源和吸收体都做成固体或晶体，使原子放入固体如果把放射源和吸收体都做成固体或晶体，使原子放入固体如果把放射源和吸收体都做成固体或晶体，使原子放入固体晶格，原子核受到晶格束缚能的限制，遭受反冲的不再是单晶格，原子核受到晶格束缚能的限制，遭受反冲的不再是单晶格，原子核受到晶格束缚能的限制，遭受反冲的不再是单晶格，原子核受到晶格束缚能的限制，遭受反冲的不再是单个原子核，而是整个晶体，它的反冲质量比一个原子质量大个原子核，而是整个晶体，它的反冲质量比一个原子质量大个原子核，而是整个晶体，它的反冲质量比一个原子质量大个原子核，而是整个晶体，它的反冲质量比一个原子质量大很多，因而反冲能很小，可以忽略。这样就可以观察到很多，因而反冲能很小，可以忽略。这样就可以观察到很多，因而反冲能很小，可以忽略。这样就可以观察到很多，因而反冲能很小，可以忽略。这样就可以观察到 射射射射线无反冲共振吸收线无反冲共振吸收线无反冲共振吸收线无反冲共振吸收。9第一节第一节 穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱及穆斯堡尔谱二二二二、基本原理、基本原理、基本原理、基本原理 核分析基础及应用核分析基础及应用 射线辐射源和吸收体之间具有一定的相对速度，射线辐射源和吸收体之间具有一定的相对速度，射线辐射源和吸收体之间具有一定的相对速度，射线辐射源和吸收体之间具有一定的相对速度，通过调整通过调整通过调整通过调整v v的大小来略微调整的大小来略微调整的大小来略微调整的大小来略微调整 射线的能量射线的能量射线的能量射线的能量，使其达到共振吸收，即吸，使其达到共振吸收，即吸，使其达到共振吸收，即吸，使其达到共振吸收，即吸收率达到最大，透射率达到最小。收率达到最大，透射率达到最小。收率达到最大，透射率达到最小。收率达到最大，透射率达到最小。10第一节第一节 穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱及穆斯堡尔谱二二二二、基本原理、基本原理、基本原理、基本原理吸收率（或者透射率）与相对速度之间的变化曲线叫做吸收率（或者透射率）与相对速度之间的变化曲线叫做吸收率（或者透射率）与相对速度之间的变化曲线叫做吸收率（或者透射率）与相对速度之间的变化曲线叫做穆斯堡尔谱。穆斯堡尔谱。穆斯堡尔谱。穆斯堡尔谱。核分析基础及应用核分析基础及应用11第一节第一节 穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱及穆斯堡尔谱二二、基本原理、基本原理几个铁及铁的氧化物的穆斯堡几个铁及铁的氧化物的穆斯堡尔谱尔谱。核分析基础及应用核分析基础及应用12第一节第一节 穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱及穆斯堡尔谱二二、基本原理、基本原理核分析基础及应用核分析基础及应用CuCuFeFe合金的穆谱合金的穆谱合金的穆谱合金的穆谱穆斯堡尔谱图穆斯堡尔谱图：横坐标横坐标为放射源的运动速度，单位为为放射源的运动速度，单位为mm/smm/s；纵坐标纵坐标为吸收率（或者透射率），为电压脉冲信号经放为吸收率（或者透射率），为电压脉冲信号经放大、分析而记录出来。大、分析而记录出来。13第一节第一节 穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱及穆斯堡尔谱二二、基本原理、基本原理核分析基础及应用核分析基础及应用由于吸收体物质中化学组成或晶体结构不同，吸收的光子能由于吸收体物质中化学组成或晶体结构不同，吸收的光子能量会有细微变化。量会有细微变化。穆斯堡尔谱分析即是应用穆斯保尔效应研究分子中原子的价穆斯堡尔谱分析即是应用穆斯保尔效应研究分子中原子的价态、晶体结构、化学键的离子性、配位数等变化而引起的核态、晶体结构、化学键的离子性、配位数等变化而引起的核能级的变化。能级的变化。应用穆斯堡尔谱研究原子核与核外环境的超精细相互作用的应用穆斯堡尔谱研究原子核与核外环境的超精细相互作用的学科叫做穆斯堡尔谱学。学科叫做穆斯堡尔谱学。14第一节第一节 穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应及穆斯堡尔谱及穆斯堡尔谱二二、基本原理、基本原理核分析基础及应用核分析基础及应用穆斯堡尔谱学的特点：穆斯堡尔谱学的特点：穆斯堡尔谱具有极高的能量分辨本领，很容易探测出原子穆斯堡尔谱具有极高的能量分辨本领，很容易探测出原子核能级的变化。核能级的变化。利用穆斯堡尔谱可以方便地研究原子核与其周围环境间的利用穆斯堡尔谱可以方便地研究原子核与其周围环境间的超精细相互作用，可以灵敏地获得原子核周围的物理和化学超精细相互作用，可以灵敏地获得原子核周围的物理和化学环境的信息。环境的信息。15第第二二节节 穆斯堡尔参数穆斯堡尔参数核分析基础及应用核分析基础及应用l 原子核存在于由原子的壳层电子和邻近配位体的电荷所产原子核存在于由原子的壳层电子和邻近配位体的电荷所产生的电磁场中，原子核本身又带正电荷，因此核与核所处的生的电磁场中，原子核本身又带正电荷，因此核与核所处的电场和磁场之间存在着相互作用，这种作用十分微弱，称为电场和磁场之间存在着相互作用，这种作用十分微弱，称为超精细作用，对穆斯堡尔谱图有一定的影响超精细作用，对穆斯堡尔谱图有一定的影响。l虽然这种影响极微小，但由于穆斯堡尔效应的能量分辨率虽然这种影响极微小，但由于穆斯堡尔效应的能量分辨率极高，在穆斯堡尔谱中峰的位置、形状、宽度和面积上都能极高，在穆斯堡尔谱中峰的位置、形状、宽度和面积上都能灵敏地反映出来。灵敏地反映出来。l三种主要的超精细作用：三种主要的超精细作用：同质异能位移；同质异能位移；四极四极矩矩分裂；分裂；磁超精细分裂磁超精细分裂。16第第二二节节 穆斯堡尔参数穆斯堡尔参数核分析基础及应用核分析基础及应用1.同质异能位移同质异能位移同质异能位移又称同质异能位移又称射线能量的化学移。它是由穆斯堡尔核的射线能量的化学移。它是由穆斯堡尔核的核电荷分布与核周围的电子之间静电作用引起的核电荷分布与核周围的电子之间静电作用引起的谱带位移谱带位移()穆斯堡尔原子在激发态和穆斯堡尔原子在激发态和基态时，其原子核周围的电基态时，其原子核周围的电荷密度不同，则可出现化学荷密度不同，则可出现化学位移，即与原子核周围的电位移，即与原子核周围的电子配置情况有关，子配置情况有关，通过通过可以可以了解原子的价态和化学键的了解原子的价态和化学键的重要信息重要信息。17第第二二节节 穆斯堡尔参数穆斯堡尔参数核分析基础及应用核分析基础及应用1.同质异能位移同质异能位移如果放射源中穆斯堡尔原子所处的化学状态和吸收体完如果放射源中穆斯堡尔原子所处的化学状态和吸收体完全相同，则化学位移为零。全相同，则化学位移为零。化学位移决定谱线中心的位置移动（偏离化学位移决定谱线中心的位置移动（偏离v=0v=0时的谱线位时的谱线位置），但不是唯一的决定因素，还有温度效应。置），但不是唯一的决定因素，还有温度效应。18第第二二节节 穆斯堡尔参数穆斯堡尔参数核分析基础及应用核分析基础及应用2.四极四极矩矩分裂分裂四极矩分裂四极矩分裂与原子与原子核的对称性有关核的对称性有关 虽然原子核的形状接近球形，但多数核是轴对称的椭球虽然原子核的形状接近球形，但多数核是轴对称的椭球形。因此用四极矩形。因此用四极矩Q来表征核电荷分布偏离球对称的程度。来表征核电荷分布偏离球对称的程度。19第第二二节节 穆斯堡尔参数穆斯堡尔参数核分析基础及应用核分析基础及应用2.四极四极矩矩分裂分裂如果原子核电荷分布是球对称的，如果原子核电荷分布是球对称的，则则Q0;若原子核电荷分布非球若原子核电荷分布非球对称的，则对称的，则Q0，外电场和原子，外电场和原子核的电四极矩之间的相互作用将核的电四极矩之间的相互作用将引起能量的变化，使能级分裂，引起能量的变化，使能级分裂，出现两个亚能级，在谱线上可观出现两个亚能级，在谱线上可观察到两条特征谱线察到两条特征谱线。两峰之间的两峰之间的距离叫四极矩分裂，两峰的中心距离叫四极矩分裂，两峰的中心相对零速度是化学位移相对零速度是化学位移。20第第二二节节 穆斯堡尔参数穆斯堡尔参数核分析基础及应用核分析基础及应用2.四极四极矩矩分裂分裂四极矩分裂是穆斯堡尔谱的一个重要参数，四极矩分裂是穆斯堡尔谱的一个重要参数，通过分裂谱可通过分裂谱可以了解原子核的对称性以了解原子核的对称性，即电子云分布情况和电子云的分布，即电子云分布情况和电子云的分布梯度。如表面原子相对本体原子有较低的对称性，根据这个梯度。如表面原子相对本体原子有较低的对称性，根据这个差别可以区分这两种不同原子。差别可以区分这两种不同原子。表面化学吸附物质的存在可以改变电场表面化学吸附物质的存在可以改变电场梯度，而这又与化学吸附键的强度以及梯度，而这又与化学吸附键的强度以及化学吸附物质相对于表面原子的位置有化学吸附物质相对于表面原子的位置有关。因此，关。因此，测量四极测量四极矩矩分裂的大小变化，分裂的大小变化，可以提供表面状况的信息。可以提供表面状况的信息。21第第二二节节 穆斯堡尔参数穆斯堡尔参数核分析基础及应用核分析基础及应用3.磁超精细分裂磁超精细分裂在原子核处常常存在有核外电子形成的磁场在原子核处常常存在有核外电子形成的磁场H，可使核能，可使核能级进一步分裂，又叫级进一步分裂，又叫核塞曼效应核塞曼效应。表现在谱图上为出现多个穆斯堡尔谱带表现在谱图上为出现多个穆斯堡尔谱带。22第第二二节节 穆斯堡尔参数穆斯堡尔参数核分析基础及应用核分析基础及应用3.磁超精细分裂磁超精细分裂从谱，可以得到内磁场的大小，由此可推算出核外电子自从谱，可以得到内磁场的大小，由此可推算出核外电子自旋状态和磁性质方面的信息。旋状态和磁性质方面的信息。23第第二二节节 穆斯堡尔参数穆斯堡尔参数核分析基础及应用核分析基础及应用l l综上所述，穆谱可有以下几种图谱：综上所述，穆谱可有以下几种图谱：综上所述，穆谱可有以下几种图谱：综上所述，穆谱可有以下几种图谱：24第第三三节节 穆斯堡尔穆斯堡尔实验装置实验装置核分析基础及应用核分析基础及应用l l原理示意图：原理示意图：原理示意图：原理示意图：放射源放射源试样试样射线射线探测器探测器放射源发射放射源发射放射源发射放射源发射 射线射线射线射线经试样后被吸收体原子核吸收经试样后被吸收体原子核吸收经试样后被吸收体原子核吸收经试样后被吸收体原子核吸收探测器接收探测器接收探测器接收探测器接收 射线，并转化成电压脉冲射线，并转化成电压脉冲射线，并转化成电压脉冲射线，并转化成电压脉冲信号，可反映试样吸收信号，可反映试样吸收信号，可反映试样吸收信号，可反映试样吸收 射线的情况射线的情况射线的情况射线的情况25第第三三节节 穆斯堡尔穆斯堡尔实验装置实验装置核分析基础及应用核分析基础及应用l l装置示意图装置示意图装置示意图装置示意图：探探测测器探器探测测到未被吸收的到未被吸收的射射线线，经过经过光光电转换电转换后得到后得到电电脉冲信号，并脉冲信号，并经经放大器放大后送入模数放大器放大后送入模数变换变换器，器，显显示示谱线谱线 26第第三三节节 穆斯堡尔穆斯堡尔实验装置实验装置核分析基础及应用核分析基础及应用穆斯堡尔谱仪穆斯堡尔谱仪27第第三三节节 穆斯堡尔穆斯堡尔实验装置实验装置核分析基础及应用核分析基础及应用l穆斯堡尔谱仪的基本设备比较简单，典型实验装置示意图：穆斯堡尔谱仪的基本设备比较简单，典型实验装置示意图：穆斯堡尔谱仪的设备包括穆斯堡尔谱仪的设备包括穆斯堡尔源穆斯堡尔源、源的驱动系统源的驱动系统、射线射线探测器探测器及及数据记数据记录系统录系统。28第第三三节节 穆斯堡尔穆斯堡尔实验装置实验装置核分析基础及应用核分析基础及应用1.穆斯堡尔源穆斯堡尔源l将穆斯堡尔原子的母核核素通过一定方式嵌入某种基体中将穆斯堡尔原子的母核核素通过一定方式嵌入某种基体中制成制成。为了使穆斯堡尔效应明显，应选择同位素丰度高、内转换为了使穆斯堡尔效应明显，应选择同位素丰度高、内转换系数小，系数小，能量适中（能量适中（5-160keV）的穆斯堡尔核。放射源）的穆斯堡尔核。放射源的半衰期要长，这样可免去经常更换源的麻烦。的半衰期要长，这样可免去经常更换源的麻烦。29第第三三节节 穆斯堡尔穆斯堡尔实验装置实验装置核分析基础及应用核分析基础及应用1.穆斯堡尔源穆斯堡尔源载体基体材料必须是无磁性的，有良好的化学稳定性，载载体基体材料必须是无磁性的，有良好的化学稳定性，载体本身不应该形成相干扰的体本身不应该形成相干扰的X射线峰和康普顿散射峰，要求射线峰和康普顿散射峰，要求光电过程尽量的小。光电过程尽量的小。例：例：57Co源，通常选源，通常选Cr、Cu、Pd和不锈钢作载体。和不锈钢作载体。30第第三三节节 穆斯堡尔穆斯堡尔实验装置实验装置核分析基础及应用核分析基础及应用1.穆斯堡尔源穆斯堡尔源最重要的穆斯堡尔源是最重要的穆斯堡尔源是57Co，它衰变得到它衰变得到57Fe的的14.41keV射线射线。其次其次119Sn发射的发射的23.87keV射线射线31第第三三节节 穆斯堡尔穆斯堡尔实验装置实验装置核分析基础及应用核分析基础及应用2.驱动系统驱动系统驱动系统驱动系统包包括括驱动装置驱动装置和和驱动电路驱动电路。驱动装置分两类：驱动装置分两类：纯粹的机械运动纯粹的机械运动(旋转圆盘、凸轮旋转圆盘、凸轮)电磁驱动装置电磁驱动装置(扬声器扬声器线圈或其它振动器线圈或其它振动器)驱动方式分两类：驱动方式分两类：等速等速运动。（等速谱仪）运动。（等速谱仪）放射源相对探测器作放射源相对探测器作加速加速运动。（速度扫描谱仪）运动。（速度扫描谱仪）32第第三三节节 穆斯堡尔穆斯堡尔实验装置实验装置核分析基础及应用核分析基础及应用3.探测器探测器大多数穆斯堡尔大多数穆斯堡尔源发射源发射射线有多种能量射线有多种能量，因此要选取合适，因此要选取合适的探测器的探测器。常用的有。常用的有NaI(Tl)闪烁计数器闪烁计数器、正比计数器正比计数器、Ge(Li)半导体探测器半导体探测器。33第第三三节节 穆斯堡尔穆斯堡尔实验装置实验装置核分析基础及应用核分析基础及应用4.数据记数据记录系统录系统多道分析器记录的穆斯堡尔谱的道数和速度的对应值多道分析器记录的穆斯堡尔谱的道数和速度的对应值，在，在实验上必需精确地进行绝对定标实验上必需精确地进行绝对定标。最简单的办法是用标准谱最简单的办法是用标准谱来定标来定标。例：纯铁的穆斯堡尔谱由六条谱线组成，已经准确测出它的例：纯铁的穆斯堡尔谱由六条谱线组成，已经准确测出它的位置和它们之间的间隔，可用来标定。位置和它们之间的间隔，可用来标定。34第第三三节节 穆斯堡尔穆斯堡尔实验装置实验装置核分析基础及应用核分析基础及应用5.其它附属设备其它附属设备为使共振吸收效应显著，有时需在低温条件下实验，因此为使共振吸收效应显著，有时需在低温条件下实验，因此要有附属的要有附属的低温装置低温装置来冷却源和吸收体来冷却源和吸收体(或只冷却其中之一或只冷却其中之一)。为研究穆斯堡尔参数随温度的变化关系，又常需要附属的为研究穆斯堡尔参数随温度的变化关系，又常需要附属的加温设备加温设备。35第第三三节节 穆斯堡尔穆斯堡尔实验装置实验装置核分析基础及应用核分析基础及应用6.样品样品(吸收体吸收体)的制备的制备对对金属和合金材料金属和合金材料，先要经锻造或轧制后制成较小的棒状、，先要经锻造或轧制后制成较小的棒状、板条状或块状坯料，再用切割机切成约板条状或块状坯料，再用切割机切成约0.03mm(或更薄或更薄)的薄的薄片，最后再经过机械、化学磨蚀或电介抛光等减薄方法制成所片，最后再经过机械、化学磨蚀或电介抛光等减薄方法制成所需的厚度的样品。需的厚度的样品。对对单晶样品单晶样品须先用须先用X光方法确定其晶体取向，然后再根据具光方法确定其晶体取向，然后再根据具体要求按一定方向切割成薄片。体要求按一定方向切割成薄片。对于对于固体样品固体样品，一般可先研磨成粉末，一般可先研磨成粉末(100孔筛孔筛)，然后再与，然后再与适当粘结剂混合均匀、加压成小圆片。粘结剂必须对所研究的适当粘结剂混合均匀、加压成小圆片。粘结剂必须对所研究的穆斯堡尔穆斯堡尔射线是惰性的物质，可选用醋酸纤维和丙酮溶液、射线是惰性的物质，可选用醋酸纤维和丙酮溶液、蔗糖、真空的油脂或碳粉导电胶等。最后将制好的粉蔗糖、真空的油脂或碳粉导电胶等。最后将制好的粉末样品夹末样品夹在两层薄的聚乙烯对苯二酸酯膜、镀铝涤纶膜、铝箔甚至两张在两层薄的聚乙烯对苯二酸酯膜、镀铝涤纶膜、铝箔甚至两张滤纸中间，再安放到样品支架上。滤纸中间，再安放到样品支架上。36第第四四节节 穆斯堡尔穆斯堡尔谱学的应用谱学的应用核分析基础及应用核分析基础及应用1.穆斯堡尔谱分析的特点穆斯堡尔谱分析的特点分辨率高，灵敏度高，抗干扰能力强，所研究的对象可以分辨率高，灵敏度高，抗干扰能力强，所研究的对象可以是导体、半导体或绝缘体，试样可以是晶体、非晶体，可以是导体、半导体或绝缘体，试样可以是晶体、非晶体，可以是粉未、超细小颗粒，范围非常广。是粉未、超细小颗粒，范围非常广。利用穆斯堡尔谱可方便地研究原子核与其周围环境间的超利用穆斯堡尔谱可方便地研究原子核与其周围环境间的超精细相互作用，可以灵敏地获得原子核周围的物理和化学环精细相互作用，可以灵敏地获得原子核周围的物理和化学环境的信息境的信息，为物质微观结构的分析提供重要的信息。为物质微观结构的分析提供重要的信息。不足之处是：只有有限数量的核有穆斯堡尔效应，目前只不足之处是：只有有限数量的核有穆斯堡尔效应，目前只有有57Fe和和119Sn等少数的穆斯堡尔核得到了充分的应用。等少数的穆斯堡尔核得到了充分的应用。37第第四四节节 穆斯堡尔穆斯堡尔谱学的应用谱学的应用核分析基础及应用核分析基础及应用2.方法应用方法应用穆斯堡尔效应可应用于穆斯堡尔效应可应用于固体物理固体物理、化学化学、生物生物、地质地质、冶冶金金、考古考古、环境科学环境科学、材料材料等许多学科领域。等许多学科领域。固体物理学固体物理学：研究晶结构体、磁结构、晶体对称性、位错：研究晶结构体、磁结构、晶体对称性、位错和缺陷，相分析和相变，研究表面和界面等。和缺陷，相分析和相变，研究表面和界面等。化学化学：研究结构和化学键，确定价态、自旋态，研究反应：研究结构和化学键，确定价态、自旋态，研究反应机理和反应动力学，催化剂表面过程及催化的机制，鉴别复机理和反应动力学，催化剂表面过程及催化的机制，鉴别复杂混合物中组分等。杂混合物中组分等。生物生物：研究新陈代谢过程，含铁蛋白质的结构等：研究新陈代谢过程，含铁蛋白质的结构等地质和矿物地质和矿物：鉴定岩石结构、组分、价态及相分析等：鉴定岩石结构、组分、价态及相分析等冶金冶金：研究金属盒合金的变形，缺陷和内应力，研究结构：研究金属盒合金的变形，缺陷和内应力，研究结构和磁性结构以及金属和合金性质与加工过程的关系等。和磁性结构以及金属和合金性质与加工过程的关系等。38第第四四节节 穆斯堡尔穆斯堡尔谱学的应用谱学的应用核分析基础及应用核分析基础及应用2.方法应用方法应用例例1：Fe是自然界中分布广泛的元素，在大多数矿物中都含是自然界中分布广泛的元素，在大多数矿物中都含有有Fe元素，而元素，而57Fe又是最适合的穆斯堡尔核。因此又是最适合的穆斯堡尔核。因此57Fe的穆的穆斯堡尔谱学已成为研究矿物学的一种重要工具。斯堡尔谱学已成为研究矿物学的一种重要工具。39第第四四节节 穆斯堡尔穆斯堡尔谱学的应用谱学的应用核分析基础及应用核分析基础及应用2.方法应用方法应用例例2：古陶瓷片的穆斯堡尔参数与其原料产地，以及不同产地：古陶瓷片的穆斯堡尔参数与其原料产地，以及不同产地和年代所使用的颜料和年代所使用的颜料(铁化合物铁化合物)和加工工艺，都有一定的关和加工工艺，都有一定的关系，再配合其它分析手段，可解决陶瓷考古问题。系，再配合其它分析手段，可解决陶瓷考古问题。40思考题思考题1.穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应？2.穆斯堡尔谱穆斯堡尔谱？3.穆斯堡尔谱学穆斯堡尔谱学？4.穆斯堡尔谱学的特点穆斯堡尔谱学的特点穆斯堡尔谱学的特点穆斯堡尔谱学的特点？5.三种主要的超精细作用三种主要的超精细作用三种主要的超精细作用三种主要的超精细作用？6.穆斯堡尔谱仪的设备穆斯堡尔谱仪的设备穆斯堡尔谱仪的设备穆斯堡尔谱仪的设备？核分析基础及应用核分析基础及应用41