催化实验方法课件第七章.ppt

1、第七章第七章穆斯堡尔谱简介穆斯堡尔谱简介一一.概述概述No.1穆斯堡尔效应穆斯堡尔效应 它是它是 射线的共振荧光现象射线的共振荧光现象.也称也称 射射线无反冲共振吸收效应线无反冲共振吸收效应.或或 射线零声子发射线零声子发射及共振吸收效应射及共振吸收效应No.2原子核原子核 由质子和中子组成由质子和中子组成.质子和中子统质子和中子统称为称为核子核子.原子核中质子加中子数也就原子核中质子加中子数也就是核子总数构成原子核的质量是核子总数构成原子核的质量.具有确具有确定质子数和中子数的原子核所对应的定质子数和中子数的原子核所对应的原子称原子称核素核素A.同位素同位素:质子数相同质子数相同(在周期表上

2、在同在周期表上在同一位置一位置).中子数不同的核素互中子数不同的核素互称为称为同位素同位素B.放射性原子核放射性原子核:中子和质子维持适当比中子和质子维持适当比例时例时,原子核才稳定原子核才稳定.不不满足稳定要求的原子核满足稳定要求的原子核称称放射性原子核放射性原子核No.3 放射性原子核由激发态跃迁放射性原子核由激发态跃迁到基态时到基态时,发射一个发射一个 射线射线.这个这个 射线可能在相反的过程中被另射线可能在相反的过程中被另一个同类的核所吸收一个同类的核所吸收.这个现象称这个现象称原子核的原子核的 射线共振吸收射线共振吸收REEEEEE120220222MCEMCEERREEE0REEE

3、0发射核发射核吸收核吸收核由於反冲能存在不易发生共振吸收由於反冲能存在不易发生共振吸收No.4多普勒效应多普勒效应(Doppler effect)因辐射源和观测者相对运动而引起因辐射源和观测者相对运动而引起的波频率观察值的变化的波频率观察值的变化.也就是当一个波也就是当一个波源相对于观察者运动时源相对于观察者运动时,观察者接收到的观察者接收到的波频率将发生变化称波频率将发生变化称多普勒效应多普勒效应)1(cvEcvED)(hE DREEEE0RDEE2就可用多普勒效应来补偿反冲损耗就可用多普勒效应来补偿反冲损耗.可增加可增加 射线共振吸收射线共振吸收No.5穆斯堡尔谱仪简介和穆斯堡尔谱穆斯堡尔

4、谱仪简介和穆斯堡尔谱样品架样品架Doppler驱动装置驱动装置速度谱仪速度谱仪(匀速和匀加速匀速和匀加速)数据处理装置数据处理装置 记录装置记录装置射线源射线源 射线检测器射线检测器穆斯堡尔谱穆斯堡尔谱:它是以多普勒速度为横它是以多普勒速度为横座标座标,射线强度为纵座标组射线强度为纵座标组成的谱图成的谱图二二.超精细相互作用超精细相互作用1同质异能同质异能(位位)移移 由原子核在激发态和基态时由原子核在激发态和基态时,其有限核半径其有限核半径R内电荷有分布内电荷有分布.它它是核电荷与原子核处电子密度是核电荷与原子核处电子密度(S电子电子,球对称球对称)间库仑相互作用而产间库仑相互作用而产生生,

5、也称也称电单极相互作用电单极相互作用基态和激发态同质异能移基态和激发态同质异能移222)0(52ggRZeE222)0(52eeRZeE 引起引起 跃迁的能量变化跃迁的能量变化2222)0(52geRRZeE共振吸收涉及发射和吸收二个核共振吸收涉及发射和吸收二个核2222)0(52gessRRZeE发2222)0(52gesaRRZeE吸22222)0()0(52gesaSaRRZeEE发吸对于一个特定的对于一个特定的 跃迁跃迁,激发态激发态,基态基态核半径的变化是一常量核半径的变化是一常量RRRRRRRRgegege2)(222geRRR2222)0()0()(54saRRRZe相对论修正引

6、入校正因子相对论修正引入校正因子S(Z)2222)0()0()()(54saZSRRRZe 同质异能位移实际上反映整个核外电子分同质异能位移实际上反映整个核外电子分布情况的信息布情况的信息.提供了吸收核提供了吸收核(样品样品)化学键化学键性质性质,价态和氧化态等信息价态和氧化态等信息.在同质异能位移测定中要确定穆斯堡尔在同质异能位移测定中要确定穆斯堡尔谱上零点谱上零点.当当选标准吸收体满足上述条件确定零速度点选标准吸收体满足上述条件确定零速度点.实际测定的同质异能位移是相对於特定参实际测定的同质异能位移是相对於特定参考标准样品而言考标准样品而言.0)0()0(22时sa2电四极相互作用电四极相

7、互作用(电四极分裂电四极分裂)电四极矩电四极矩:多数的核电荷分布不是均匀的多数的核电荷分布不是均匀的,或多或少偏离球形对称或多或少偏离球形对称.并且偏离程并且偏离程度也不同度也不同.原子核的电四极矩原子核的电四极矩eQ是表是表征核电荷分布偏离球对称程度的一征核电荷分布偏离球对称程度的一个量它是个个量它是个(33)二秩张量二秩张量.Q0沿沿Z轴核球形对称则无电四极矩轴核球形对称则无电四极矩.Q0和和Q0都有电四极矩都有电四极矩.电场梯度电场梯度:核外电荷分布也不是球核外电荷分布也不是球对称因此在原子核处有电场对称因此在原子核处有电场梯度梯度E,它表征核外电荷分它表征核外电荷分布偏离球对称的程度布

8、偏离球对称的程度.它是个它是个有三个分量的张量有三个分量的张量.电四极分裂电四极分裂:原子核电四极矩和周围原子核电四极矩和周围环境在原子核处形成电场梯环境在原子核处形成电场梯度的相互作用反映出共振谱度的相互作用反映出共振谱线的分裂称线的分裂称电四极分裂电四极分裂.3磁偶极相互作用磁偶极相互作用(原子核塞曼效应原子核塞曼效应)原子核是运动的带电粒子有原子核是运动的带电粒子有磁矩磁矩 它与原子核所在处的磁它与原子核所在处的磁场场H的相互作用使谱线分裂的相互作用使谱线分裂.HHEZ0jZgmcmehe4)(0玻尔磁子mj:角动量在沿磁场的分量角动量在沿磁场的分量()j23;21 mj 不同不同,各状

9、态在磁场中的能级各状态在磁场中的能级不同则所得原子光谱线的波长也不同不同则所得原子光谱线的波长也不同.因此因此,在没有磁场时的一条光谱线在磁在没有磁场时的一条光谱线在磁场中有时可以分裂为几条场中有时可以分裂为几条.这种现象称这种现象称塞曼效应塞曼效应.4超精细相互作用中的混合效应超精细相互作用中的混合效应 一般情况下一般情况下.同时存在上述三种同时存在上述三种相互作用相互作用.同质异能位移不引起能级同质异能位移不引起能级的分裂的分裂.只是将所有超精细分裂的能只是将所有超精细分裂的能级的能量都移过一个相同量级的能量都移过一个相同量.磁相互磁相互作用和电四极相互作用均引起能级作用和电四极相互作用均引起能级分裂分裂.因此混合效应就可产生六条谱因此混合效应就可产生六条谱线线.5在催化中的应用在催化中的应用活性相颗粒大小及分布活性相颗粒大小及分布助剂的作用助剂的作用确定表面活性态确定表面活性态判断物理吸附与化学吸附判断物理吸附与化学吸附研究反应动力学研究反应动力学