穆斯堡尔谱

穆斯堡尔谱法是一种频谱分析方法，它可以用来研究自然界中的许多现象，如声音、光线、电磁波等。

穆斯堡尔谱法可以将一个信号分解成许多离散的频率分量，这样就可以对信号进行准确的分析。

穆斯堡尔谱法是由德国数学家穆斯堡尔(Johann Bernoulli)于1700年提出的。

穆斯堡尔谱
法是一种线性时不变(LTI)系统的频谱分析方法。

线性时不变系统是一种信号系统，其输入信号和输出信号的频谱相同。

线性系统的时域信号可以通过频域信号来表示，这样就可以
用线性运算来分析系统的频谱。

穆斯堡尔谱法的基本原理是将信号分解成一系列离散的频率分量，这些频率分量是系统的
自激振荡模式。

系统的频谱可以通过对这些频率分量进行测量来确定。

穆斯堡尔谱法可以用来研究自然界中的许多现象，如声音、光线、电磁波等。

穆斯堡尔谱
法可以将一个信号分解成许多离散的频率分量，这样就可以对信号进行准确的分析。

穆斯堡尔谱法的基本原理是将信号分解成一系列离散的频率分量，这些频率分量是系统的
自激振荡模式。

系统的频谱可以通过对这些频率分量进行测量来确定。

穆斯堡尔谱法可以用来研究自然界中的许多现象，如声音、光线、电。

要想吸收体中某种核发生共振吸收，就必须具有能发出相应于这种核跃迁能量的γ光子的放射源.。一般放射 源发射的只是一或二种能量的γ光子，这就不能形成穆斯堡尔谱。但使放射源相对于吸收体运动，利用多普勒效 应来调制γ射线的能量，可以得到一系列不同能量的γ光子。根据多普勒效应可知，当源向着接收器运动时，频 率增加 ；而远离接收器运动时，频率减小。
主要的不足之处是：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。 即使如此，它仍不失为固体物理研究的重要手段之一，在有些场合甚至是其他手段不能取代的，并且随着实验技 术的进一步开发，可以预期，它将不断地克服其局限性，在各研究领域发挥更大的作用。
定义
原子核无反冲地发射或共振吸收射线的现象后来就称之为穆斯保尔效应。 凡是有穆斯堡尔效应的原子核,
简称为穆斯堡尔核。目前,发现具有穆斯堡尔效应的化学元素 (不包括铀后元素)只有 42种,80多种同位素的 100多个核跃迁.尤其是尚未发现比钾( K)元素更轻的含穆斯堡尔核素的化学元素.大多数要在低温下才能观察到, 只57 Fe的 1414keV和119Sn的 23. 87keV核跃迁在室温下有较大的穆斯堡尔效应的几率.对于不含穆斯堡尔原子 的固体,可将某种合适的穆斯堡尔核人为地引入所要研究的固体中,即将穆斯堡尔核作为探针进行间接研究,也能 得到不少有用信息。
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应用
由于穆斯堡尔效应得到的穆斯堡尔谱线宽Γ与核激发态平均寿命所决定的自然线宽ΓH在同一量级，因而具有 极高的能量分辨率。以57Fe核14.4Kev的跃迁为例，自然线宽ΓH为4.6x10-9eV，能量分辨率约为10-13的量级 （原子发射和吸收光谱的能量分辨率在理想情况下可达10-8的量级），因此它是研究固体中超精细相互作用的有 效手段。如今已广泛在应用于物理学、化学、材料科学、物理冶金学、生物学和医学、地质学、矿物学和考古学 等许多领域，发展成为一门独立的波谱学----穆斯堡尔谱学。

V (r ) =
V (r ) =
Ze r
Ze R r (3 （4）
(r ≤ R )
因此，有限体积原子核的静电能量为
E=
Zeρ R
∫
R
0
2 2 2π r R (3 2 − 2 R 2 − r ) 4πr dr = − 5 ZeρR =
2
2π 5
Ze 2 R 2 φ (0)
俘获一个 K 层电子时，形成处于高激发态的 57Fe，它分别有 9％和 91％的概率辐 射 137keV 和 123keV 的γ射线跃迁至第一激发态和基态。 当 57Fe 原子核由第一激发 态跃迁至基态时，辐射出穆斯堡尔实验所需的 14.4keV 的γ射线。119mSn 源是通过 中子辐照 118Sn 来获得的。 亚稳态的 119mSn 衰变到处于激发态的 119Sn， 然后跃迁到 基态发射出 23.875keV 的 γ 射线为穆斯堡尔实验所用。 为了观测到无反冲的γ射线 吸收现象，一般采用将穆斯堡尔源的放射性同位素扩散到固体晶格（基质材料） 中，对于
2
（5）
其中 Ze 为 核电荷， φ (0) 为核处的电子波函数， ρ 为电子密度。 原子核在激发态和基态时的半径不同， 因此原子核在激发态与基态之间的跃迁 中，由于静电相互作用所引起的γ射线能量改变为
∆E = δE e − δE g =
2π 5
2 Ze 2 φ (0) ( Re2 − R g )
2
γ 射线吸收强度随着温度降低而增强这一与当时共振吸收观点不一致的 “反常” 现
象。穆斯堡尔及时敏锐地抓住这个“反常”现象，以严谨的科学态度从实验上进 行了多次重复，证实了其实验结果的可靠性，最终认识到在他的实验中共振原子 核是置于紧束缚的晶格中，部分原子核在发射和吸收 γ 射线时，消除了反冲能量 的损失，实现了无反冲共振吸收。他在两年多的时间内从实验上和理论上对这一 “反常”现象进行了解释，攻下这个当时许多物理学家为之努力近三十年而未能 解决的难题。穆斯堡尔实验非常精确，具有非常高的能量灵敏度，利用它可方便 地研究共振核与周围环境的超精细相互作用，为研究物质的微观结构提供了十分 重要的信息，而且对设备的要求相对简单，可以在一般大学实验室中进行。因此， 在很短时间内，这个效应便得到公认，并付诸于应用。由于穆斯堡尔本人在这方 面做出的杰出贡献， γ 射线无反冲共振发射和吸收现象被命名为穆斯堡尔效应， 并 于 1961 年被授予诺贝尔物理学奖。利用穆斯堡尔效应研究物质微观结构已经发展 成为一门独立的学科穆斯堡尔谱学，它是迄今为止能量分辨本领最高的物理研 究手段。经过四十多年的发展，穆斯堡尔谱学已在物理学、化学、生物学、地质 学、冶金学、材料科学、环境科学以及考古学等科学的领域中得到了广泛的应用。 3.11.18.1 穆斯堡尔效应无反冲 γ 射线共振发射和吸收 共振吸收是自然界存在的一种普遍现象。在 1929 年后的二十多年的时间内， 不断有人试图通过实验来观测 γ 射线共振吸收现象，但是都没有成功，其原因是 由于他们没有考虑和解决自由原子核在发射 γ 射线时存在反冲作用所产生的影 响。 自由的激发态原子核在发射γ射线时将发生反冲,其反冲能量 E R 为 ER ≅

穆斯堡尔谱仪操作规程穆斯堡尔谱仪是一种用于研究物质中的核共振吸收谱的仪器，在核物理、材料科学等领域有广泛的应用。

下面是穆斯堡尔谱仪的操作规程。

1. 仪器准备a. 确保穆斯堡尔谱仪所在的实验室或房间的环境符合实验要求，无干扰物。

b. 检查穆斯堡尔谱仪的电源和冷却系统是否正常，确保仪器的稳定运行。

c. 检查探测器和样品台的清洁程度，必要时进行清洗。

d. 校准仪器，确保数据的准确性。

2. 样品制备a. 选择合适的样品，确保其具有较好的结晶和纯度。

b. 确定样品的形状和大小，将其固定在样品台上。

c. 需要对样品进行特殊处理时，如加热、冷却、加压等，应按照实验要求进行操作。

d. 样品台应与探测器尽可能接近，确保信号的最大捕获。

3. 实验参数设置a. 设置合适的探测器位置和角度，以获得最佳的信号强度和分辨率。

b. 设置合适的回波时间（echo time），以确保实验过程中所需的时间范围内捕获足够多的数据。

c. 设置恒定的温度和压力条件，以保证实验的稳定性。

4. 数据采集和分析a. 开始实验后，采集一段时间内的信号数据。

b. 对采集到的数据进行预处理，如背景噪声的去除和信号的平滑处理。

c. 对处理后的数据进行分析，如峰位的测量、谱线的展宽和形状的分析等。

d. 根据实验需要，可以进行谱线拟合和多重谱的分析。

5. 结果记录与分析a. 记录实验过程中的关键参数和操作步骤。

b. 分析实验结果，查找和解释出现的谱线特征和现象。

c. 结果的解释应基于已有的理论知识和实验结果，提出合理的解释和结论。

6. 仪器维护和清洁a. 实验结束后，及时关闭仪器的电源和冷却系统，并进行清洁。

b. 定期维护仪器，如更换探测器和样品台，检查仪器的机械部件和电子元件是否正常工作。

c. 如发现故障或异常，及时联系仪器维修人员进行维修和处理。

7. 安全注意事项a. 在操作过程中，注意保护眼睛和皮肤，避免接触到有毒或腐蚀性物质。

b. 严禁在没有操作人员的情况下使用仪器。

穆斯堡尔谱学《穆斯堡尔谱学》（MosebargerPedagogy）是一套系统的教学方法，它是由美国教育家和教育学家威廉穆斯堡尔William Mosebarger）发展的。

穆斯堡尔谱学的基本思想是解决学生的学习问题，增强学习效果，同时提高教学质量。

穆斯堡尔谱学提出了两个重要的概念：学习机会和学习方案。

穆斯堡尔谱学认为，教师应该提供学习机会给学生，让他们有机会学习，并在学习中得到最大效益。

为此，教师应根据学生的实际情况制定合理的学习计划，以确保学习质量和效果。

穆斯堡尔谱学认为，学习方案应为学生的实际情况而定，可以根据学生的能力、年龄等因素来选择教材和教学方法，只有这样才能确保最大化学生的学习成果和教学效果。

穆斯堡尔谱学的核心思想是：建立适合学生的学习计划，提供充足的学习机会，形成积极的学习环境，以促进学生的学习成果。

针对不同情况的学生和对学习内容的不同要求，穆斯堡尔谱学提出了以下几种不同的学习方式：一、自主学习法。

自主学习法强调学生自我激励和自我管理，让学生自己去发现学习问题、解决学习问题。

他们可以以自己的节奏进行学习，以便更好地掌握所学内容。

二、合作学习法。

合作学习法强调学生相互协助、互助学习，共同解决学习中的问题，以及由此产生的新知识和巩固已学习知识。

三、活动式学习法。

活动式学习法让学生把学习过程变成一种乐趣和游戏，强调学习者可以主动参与，以便多方面理解学习内容，最终实现学习目标。

四、建构式学习法。

建构式学习法强调学习者在接受理论知识的基础上，把它们运用到实际生活中，以达到学习的目的。

穆斯堡尔谱学是一种有效的教学方法，它的核心理念是建立适合学生的学习计划，提供充足的学习机会，形成积极的学习环境，以期获得最佳学习效果。

通过穆斯堡尔谱学提出的四种学习方式，教师可以根据学生的实际情况灵活使用，更有效地帮助学生更好地理解学习内容，并将学习内容应用到实际生活中，进而提高学习效率。

穆斯堡尔谱解析穆斯堡尔谱解析穆斯堡尔效应是指铁族元素或其同位素的核自发辐射与晶格震动相互作用时发生的一种物理现象。

穆斯堡尔效应在化学、物理、材料学等领域具有广泛应用，可以提供原子、分子、离子的详细结构信息。

而穆斯堡尔谱谱图解析对于这些领域研究的进展至关重要。

1. 穆斯堡尔谱的基本原理穆斯堡尔谱是具有高分辨率、高灵敏度和高选择性的核磁共振技术。

其分析基本原理是通过核固有的自旋取向状态、核波矢的变化和与外部场的相互作用等，反映出核的周围电子和所嵌入的物质的性质。

2. 穆斯堡尔谱的特点穆斯堡尔谱谱图可以提供一些特定的定量信息，如原子核的价态、配位数、离子半径和联合程度等。

另外，穆斯堡尔谱不受样品形态和状态的限制，可以研究固体、液体、气体甚至是生物物质。

3. 穆斯堡尔谱解析的应用穆斯堡尔谱谱图解析在化学、物理、材料学等领域具有广泛应用。

常用于研究催化机理、氧化还原反应、电子转移、氧化剂和还原剂的定量分析、晶格缺陷及其影响等方面。

在材料学中，穆斯堡尔谱谱图解析可以解析纳米材料的晶格结构、表面化学和电子结构中的差异，研究材料的磁性、力学性质和温度依赖性质等。

4. 穆斯堡尔谱谱图解析的挑战穆斯堡尔谱谱图往往存在多峰性和线宽广的问题，因此解析谱图具有一定的挑战性。

针对这些问题，研究人员发展了多种定量分析方法和数据处理技术，如傅立叶变换、小波变换、能量拟合等。

5. 结语穆斯堡尔谱谱图解析是一项复杂而又具有广泛应用的技术，具有提供描述化学反应机制和研究材料性质的重要价值。

未来，在物理、化学、材料科学等领域中，穆斯堡尔谱谱图解析将会成为研究的关键手段。

实验环境的控制
为了获得准确的实验结果，需要控制实验环境的 温度、压力等因素，以减少外部因素对实验结果 的影响。
03 穆斯堡尔谱在材料科学中 应用
金属与合金材料研究
相变研究
利用穆斯堡尔谱可以研究金属与 合金中的相变过程，如马氏体相 变、贝氏体相变等，揭示相变过 程中的原子结构和化学键变化。
缺陷与扩散研究
02
原子核能级的精细结 构
穆斯堡尔效应揭示了原子核能级的精细 结构，这种结构使得不同原子核在相同 条件下吸收或发射的γ射线能量有所不 同。
03
原子核与周围环境的 相互作用
原子核所处的化学环境、电子环境等 都会对其能级结构产生影响，进而影 响穆斯堡尔效应。
穆斯堡尔谱定义
01
γ射线能量与吸收系数的关系
穆斯堡尔谱与能级结构的关系
通过分析穆斯堡尔谱的峰位、峰宽和峰强等参数，可以了解原子核的能级结构以及其与周围环境的相互 作用等信息。这些信息对于研究原子核的性质和核反应机制具有重要意义。
02 穆斯堡尔谱实验技术
放射源与探测器
放射源
通常使用穆斯堡尔同位素作为放射源，如57Fe、119Sn等。这些同位素能发射 出具有特定能量的γ射线，用于穆斯堡尔谱的测量。
06 穆斯堡尔谱在其他领域应 用
地球科学中同位素年代测定
测定岩石和矿物的 形成年代
利用穆斯堡尔谱可以测定岩石 和矿物中放射性同位素的衰变 产物，从而推算出它们的形成 年代，为地质年代学研究提供 重要依据。
研究地球化学过程
通过分析不同地质体中同位素 的分布和组成，可以揭示地球 化学过程的机制和演化历史， 如壳幔相互作用、板块运动等 。
05 穆斯堡尔谱在生物医学中 应用
药物作用机制研究

Mössbauer 光谱
穆斯堡尔效应：固体中的某些放射性原子核 有一定的几率能够无反冲地发射γ射线，γ光 子携带了全部的核跃迁能量。而处于基态的 固体中的同种核对前ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ发射的γ射线也有一定 的几率能够无反冲地共振吸收。这种原子核 无反冲地发射或共振吸收γ射线的现象。
Mössbauer 光谱
穆斯堡尔谱：穆斯堡尔效应对环境的依赖性 非常高，常利用多普勒效应对γ射线光子的能 量进行调制，通过调整γ射线辐射源和吸收体 之间的相对速度使其发生共振吸收。吸收率 （或者透射率）与相对速度之间的变化曲线。
穆斯堡尔谱仪 ：由放射源（γ光源）射出的γ光子 被样品中存在的穆斯堡尔核（如57Fe，119Sn） 所吸收，形成共振吸收谱，样品中穆斯堡尔核与 核外化学环境的相互作用会引起共振吸收谱线的 位置、形状、数目的 变化。反过来利用所测穆谱 的这些变化推出穆核周围化学环境的信息。
穆斯堡尔谱仪方法的特点是： ①有极高的分辨率，以57Fe的γ共振吸收为例，γ能量(E0)为14.4 千电子伏,谱线自然宽度（Γ）为4.6×10-9电子伏，Γ/E0～3.2×1013，分辨率达1013分之一。 ②穆斯堡尔效应对核外化学环境的变化十分灵敏，适用于研究固 态物质的精细结构及超精细结构。 ③由于是特定核（如57Fe，119Sn）的共振吸收,穆斯堡尔效应不 受其他核和元素的干扰。 ④穆斯堡尔效应受核外环境影响的作用范围一般小于 2.0nm（限 于相邻二、三层离子之内），特别适用于细晶和非晶态物质。 因此，穆斯堡尔谱仪已广泛用来研究地质样品。已发现的穆 斯堡尔核有数十种，但在一般条件（常温）下仅能观察到57Fe、 119Sn的穆谱。所以,仪器适用于含一定量Fe、Sn的样品，可以提 供价态，化学键性，阳离子占位和有序－无序分布、配位结构、 磁性和相分析等方面的信息。

穆斯堡尔谱原理
穆斯堡尔谱是利用穆斯堡尔效应进行的，穆斯堡尔效应是指当束缚在
晶体中的原子或离子受到高频谱线激发时，发出的谱线具有特殊的性质。

材料中的杂质在晶格内的运动会导致探测到的谱线发生频移，从而可以研
究杂质的振动、扩散、晶格位移等现象。

1.穆斯堡尔效应：当束缚在晶体中的原子或离子受到高频谱线激发时，其发出的谱线具有特殊的性质，包括能量、强度和频率等方面。

2.相对运动效应：杂质在晶体内的运动会导致探测到的谱线发生频移。

例如，晶体中的杂质原子因热运动而发生振动或扩散，导致谱线的频率发
生变化。

3.多晶样品效应：多晶样品中的不同晶粒方向相对于探测器的效应不同，可以通过分析谱线的形状和位置来研究晶格的位向。

穆斯堡尔谱原理的应用范围广泛。

在材料科学中，它可以用来研究晶
格缺陷、杂质扩散、相变、晶格位移等现象。

在物理化学中，穆斯堡尔谱
可以用来研究化学反应、催化剂的活性中心等。

在固态物理学中，它可以
用来研究磁性体的磁性行为、超导现象等。

总结起来，穆斯堡尔谱原理是一种重要的实验方法，通过研究杂质在
晶体中的运动特性，可以深入了解晶格的结构和性质，为材料科学、物理
化学和固态物理学等领域的研究提供了重要的实验手段。

02
穆斯堡尔谱技术利用原子核的跃 迁和辐射特性，对物质进行定性 和定量分析。
穆斯堡尔谱技术发展历程Fra bibliotek20世纪50年代，德国科学家 穆斯堡尔发现了穆斯堡尔效应 ，为穆斯堡尔谱技术的发展奠
定了基础。
20世纪60年代，随着计算机 技术和探测器技术的发展， 穆斯堡尔谱技术逐渐成熟并
应用于考古领域。
近年来，随着数字化技术和人 工智能的发展，穆斯堡尔谱技 术在考古领域的应用越来越广
出铁器的年代。
该技术的应用为铁器时代文物的年代测 定提供了新的方法，有助于考古学家更 准确地了解铁器时代的文化背景和历史
演变。
案例二：某遗址瓷器成分分析与鉴定
在某遗址中，考古学家利用穆斯堡尔谱技术对出土的 瓷器进行了成分分析和鉴定。通过对瓷器样品进行穆 斯堡尔谱测量，得到了瓷器中的穆斯堡尔参数，进而 推算出瓷器的成分。
03
穆斯堡尔谱技术在考古中的优 势与局限性
优势：高精度、高灵敏度、非破坏性
高精度
01
穆斯堡尔谱技术能够准确地测定样品中的元素种类和含量，为
考古研究提供精确的数据支持。
高灵敏度
02
该技术对样品中微量元素的检测具有高灵敏度，能够发现微小
的变化和差异。
非破坏性
03
穆斯堡尔谱技术是一种无损检测方法，不会对样品造成破坏，
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穆斯堡尔谱在考古
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目录
• 穆斯堡尔谱技术概述 • 穆斯堡尔谱在考古中的应用 • 穆斯堡尔谱技术在考古中的优
势与局限性 • 穆斯堡尔谱技术在考古领域的
发展前景 • 案例分析：穆斯堡尔谱技术在
考古中的应用实例
01
穆斯堡尔谱技术概述

穆斯堡尔光谱
穆斯堡尔光谱，简称穆斯堡尔谱，是一种核磁共振光谱，它是通过核素的放射性核转变过程来测量核属性和样品结构的一种方法。

穆斯堡尔谱是由德国物理学家鲁道夫·穆斯堡尔在1958年首先提出的，因此得名。

穆斯堡尔谱的实验原理是，让核素放射性转变时发出射线，这些射线被称为穆斯堡尔射线。

这种射线的能量非常高，可以透过常规的X射线衍射仪器和光谱仪器。

当穆斯堡尔射线经过样品时，样品中的原子核会吸收部分射线的能量，然后将自身的能量状态改变。

这些改变可以通过测量被吸收的射线的频率和强度来观察，并可以提供有关样品分子结构、反应机理和晶格结构等信息。

穆斯堡尔谱的应用领域包括材料科学、化学、生物学、地球科学和物理学等。

4
第二节 穆斯堡尔谱仪
γ射线 射线 探测器 试样 放射源发射γ射线 放射源发射 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 探测器接收γ射线， 探测器接收 射线，并转化成电压脉冲 射线 信号，可反映试样吸收γ射线的情况 信号，可反映试样吸收 射线的情况
5
1、原理示意图： 、原理示意图：
11
（1）同质异能位移（化学位移） 是由穆斯堡尔核电荷与核所处的电场之间的静电 作用引起的谱带位移（ 作用引起的谱带位移（δ）。 ①穆斯堡尔原子在激发态和 基态时， 基态时，其原子核周围的电 荷密度不同， 荷密度不同，则可出现化学 位移，即与原子核周围的电 位移， 配置情况有关， 子配置情况有关， 通过δ可以了解原子的价 通过 可以了解原子的价 态和化学键的重要信息。 态和化学键的重要信息。
穆斯堡尔谱分析的特点
分辨率高，灵敏度高，抗干扰能力强， 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、 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。 晶体，可以是粉未、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 的超精细相互作用， 的超精细相互作用，可以灵敏地获得原子核周围的物 理和化学环境的信息,为物质微观结构的分析提供重要 理和化学环境的信息 为物质微观结构的分析提供重要 的信息。 的信息。 不足之处是：只有有限数量的核有穆斯堡尔效应， 不足之处是：只有有限数量的核有穆斯堡尔效应，目 57Fe和 前只有57Fe 119Sn等少数的穆斯堡尔核得到了充分的 前只有57Fe和119Sn等少数的穆斯堡尔核得到了充分的 应用。 应用。
产生的穆斯堡尔谱

19
3、不足之处是：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Fe和Sn等少的穆斯堡尔核得 到了充分的应用。
20
即使如此，它仍不失为固体物理研究的重要手 段之一，在有些场合甚至是其他手段不能取代 的，并且随着实验技术的进一步开发，可以预 期，它将不断地克服其局限性，在各研究领域 发挥更大的作用。
28
3．表面和界面的磁性研究
利用穆斯堡尔谱学对过渡金属表面和界面的磁性研究 作出了重要贡献 。 穆斯堡尔谱学也是研究钢铁腐蚀 的有效手段之一，利用背散射方法可做表面测量并在 2O～3000A范围内对不同深度进行选择分析 。它已发 展成为一种能定性和定量分析的方法 。
29
4．晶格缺陷和位错
利用穆斯堡尔谱学研究固体和液体中的扩散 ，从谱线 的宽度和形状能给出原子徒动 的信息 。 与离子注入 结合起来可以研究注入过程的微观特点及注入杂质近 邻的电子结构。 而晶格缺 陷 、位错 、表 面原子和体 内原子的差异都可以从化学移位中反 映出来 。
13
穆斯堡尔效应是原子核对γ射线的无 反冲共振 吸收现象.此效应自1957年发现以来,激起的研 究热情至今不衰,它不仅在理论上具有深刻的 意义,又有着广泛的应用价值.被公认为是20世 纪物理学实验的里程碑之一
14
三、穆斯堡尔谱的应用
由于穆斯堡尔效应得到的穆斯堡尔谱线宽Γ与 核激发态平均寿命所决定的自然线宽ΓH在同一 量级，因而具有极高的能量分辨率。
26
利用穆斯堡尔谱学研究在不锈钢 中奥氏体相变过程 。
奥氏体相变的穆斯堡尔谱
27
2．确定磁有序温度和类型
从超精细场与温度的变化 ，能确定பைடு நூலகம்有序温度 。 对多晶材料加 一外 场 ，观察跃迁强度的变化能研 究磁耦合的一 些性质 ，即铁磁眭、亚铁磁性或反 铁磁性等等 。 在磁有序材料中用相对吸收线强度 与角度的关系可以确定自旋方向。

（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+/ΔE； （4）当速度达到某值， 使： B= hv+/-ΔE=A+/-VE/C；则形成共振吸收， 就得到Mossbauer谱
穆斯堡尔谱图：
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（或者透射率），为电压脉 冲信号经放大、分析而记录出来。
内容概要：
一、穆斯堡尔谱的原理和获得的信息 二、穆斯堡尔谱研究对象 三、穆斯堡尔谱的特点 四、穆斯堡尔仪器大致结构 五、制样要求 六、应用举例
一、穆斯堡尔谱的原理和获得的信息
（一）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：
（二）穆斯堡尔谱得到如下信息：
1、同质异能位移（化学位移） 是由穆斯堡尔核电荷与核所处的电场之间的静电作用引起的谱带 位移（δ）。 通过δ可以了解原子的价态和化学键的重要信息。
2、四极矩分裂 与原子核的对称性有关
3、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H，可使核能级进 一步分裂，又叫核塞曼效应。 表现在谱图上为出现多个穆斯堡尔谱带
2、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 境的信息,为物质微观结构的分析提供重要的信息。
3、不足之处是：只有有限数量的核有穆斯堡尔效应，目前只有57Fe 和119Sn等少数的穆斯堡尔核得到了充分的应用。
四、仪器的大致结构
五、制样要求
ΔE=VE/C ΔE-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+, Fe 2+,Fe 3+, Fe 6+ 。 （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

二、样品(吸收体)的制备
三 数据处理
一次往复运动得到一个 实验数据，为得到精确的 穆斯堡尔参数，必须用计 算机分析，最常用的是将 穆斯堡尔仪测量得到的数 据按洛仑兹线型进行拟合。
四 应用
1 硅酸盐矿物中Fe2+-Mg有序－无序的测定； 2 矿物固相反应的研究； 3 价态的研究； 4 配位数与晶格占位的研究
2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 物理和化学环境的信息。
第二节 穆斯堡尔谱参数
一、 超精细相互作用
由于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，原子核本身带正电荷和各种核矩，因 此核和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，称为超精细相互作用。
4 以不同基态的穆斯堡尔谱源去测量同一吸收体的 穆斯堡尔谱时，所得化学位移不同。所以通常需要 说明这种化学位移是相对于何种标准吸收体而言。
5 当穆斯堡尔谱原子处于不同价态和不同自旋状态 时，原则上有不同的化学位移。
6化学位移决定谱线中心的位置移动，但不是唯一 的决定因素，温度效应与化学位移叠加在一起决定 谱线中心的位置。
2 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，则化学位移总是为零，所得谱线共振吸 收最大处即是谱仪零速度处。
3 δ可正可负。δ为正，说明从放射源到吸收体在核处 的电子电荷密度是增加的，原子核体积减小；δ为负， 说明从放射源到吸收体在核处的电子电荷密度是减小 的，原子核体积增加。
四、磁超精细分裂(Zeamann effects)
在原子核处常常存在有核外电子形成的磁场H，可使核 能级进一步分裂，又叫核塞曼效应。
综上所述， 可得到下图：

穆斯堡尔谱,fe单原子
穆斯堡尔谱是一种通过穆斯堡尔效应研究物质的谱学技术。

穆斯堡尔效应是指当原子核经历放射性衰变或与其他原子核发生相互作用时，会发射或吸收特定能量的伽马射线，这种能量的变化可以通过穆斯堡尔谱进行测量和分析。

在研究中，我们可以使用铁（Fe）作为单原子系统进行穆斯堡尔谱的研究。

铁是一个常见的元素，具有多种同位素，其中最常见的是铁的同位素Fe-57。

Fe-57核具有较长的寿命，可以通过放射性衰变发射特定能量的伽马射线，因此非常适合用于穆斯堡尔谱的研究。

通过进行穆斯堡尔谱测量，我们可以获得关于铁原子核周围电子环境的信息。

铁原子核周围的电子结构和化学环境会对穆斯堡尔谱产生影响，因此通过分析穆斯堡尔谱线的形状、位置和强度，我们可以了解铁原子所处的化学环境、晶格结构以及电子的运动状态等。

在研究中，我们可以通过改变样品的温度、压力、外加磁场等条件，来观察穆斯堡尔谱的变化。

这些实验条件的改变可以使铁原
子核周围的电子结构发生变化，从而导致穆斯堡尔谱的特征发生改变。

通过对这些变化的分析，我们可以进一步了解铁原子核周围的物理和化学性质。

总结起来，穆斯堡尔谱是一种通过穆斯堡尔效应研究物质的谱学技术，可以用于研究铁等元素的原子核周围的电子结构、化学环境以及晶格结构等。

通过改变实验条件，我们可以观察到穆斯堡尔谱的变化，从而进一步了解物质的性质和行为。

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1958年，德国人穆斯堡尔(R.L. Mossbaure)在致力 于有关原子核γ射线共振吸收的研究时，发现了穆斯 堡尔效应。 1961年，穆斯堡尔 由于发现穆斯堡尔 效应分享到了诺贝 尔物理学奖。
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知识回顾~
（1）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不同的能量。
（2）原子核衰变：处于激发态的原子核可以
穆斯堡尔谱学：利用穆斯堡尔效应通过原子核与 核外环境的超精细相互作用来对物质作微观结构 分析的学科
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2.穆斯堡尔波谱的应用
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1．相分析和相变
从穆 斯堡尔谱中得到的超精细相互作用参数随温度的
变化，随外加磁场的变化随压力的变化等，可以用来 研究相变也可以鉴定固体中的物相，并可发现新相。 此外还可以确定居里温度和奈耳温度。
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如今穆斯堡尔谱已广泛在应用于物理学、化学、
材料科学、物理冶金学、生物学和医学、地质学、 矿物学和考古学等许多领域，发展成为一门独立 的波谱学----穆斯堡尔谱学。
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四、穆斯堡尔谱分析的特点
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。
穆斯堡尔谱分析即是应用穆斯保尔效应研究分子中
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8．生物医学方面的研究。
穆斯堡尔谱学是研究蛋白质和酶的一种有力工具， 研究对象从可分离的蛋白质扩大到生物组织以至
完整的生物体。研究领域由生理、生化开始深入 到医学、病理的探讨 。
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正常人肺部样品(A)和—个患含铁血黄素沉着病(煤矿职业病) 人肺部样品(B)的穆斯堡尔谱
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9． 矿物地质方面的研究
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（6）原子的放射性