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Mößbauerspektroskopie
Die Mößbauerspektroskopie ist ein zerstörungsfreies, physikalisches Fein-Analyseverfahren, das beispielsweise in der Biochemie, Festkörperphysik und …
Kernprinzip und Messaufbau
Die Mößbauerspektroskopie ist ein zerstörungsfreies physikalisches Fein-Analyseverfahren. Sie wird unter anderem in der Biochemie, Festkörperphysik und Geologie eingesetzt.
Das Verfahren nutzt den Mößbauer-Effekt und den Doppler-Effekt. Während der Messung wird eine Gammastrahlenquelle mechanisch bewegt. Dadurch entsteht eine hyperfeine Modulation der Gammastrahlung, sodass Gammaquanten mit verschiedenen Energien erzeugt werden.
Die modulierte Strahlung durchleuchtet eine Materialprobe, deren Atomkerne Gammaquanten absorbieren können. Ein typischer Aufbau besteht von links nach rechts aus Mößbauer-Antrieb, Gammastrahlenquelle, Kollimator, Materialprobe und Detektor. Der Detektor und eine computergestützte Auswertung erfassen ein hochauflösendes, für das Material charakteristisches Transmissionsspektrum.
Aussagen aus dem Spektrum
Das Transmissionsspektrum ermöglicht qualitative und quantitative Aussagen über die in einer Probe enthaltenen Elemente. Die hochaufgelöste Hyperfeinstruktur entsteht durch Elektron-Kern-Wechselwirkungen. Sie liefert daher nicht nur Informationen über die Atomkerne, sondern auch über deren elektronische Umgebung.
Bestimmbar sind beispielsweise der Oxidationszustand, Spinzustände und das magnetische Verhalten. Außerdem lassen sich Aussagen über die Elektronegativität von Liganden sowie über Eigenschaften chemischer Bindungen, insbesondere deren Grad der Kovalenz, treffen.
Wichtige Anwendungen
Das Hauptanwendungsgebiet ist die Unterscheidung von zweiwertigem und dreiwertigem Eisen. Darüber hinaus können Zinn, Antimon und Tellur nachgewiesen werden. In den 1980er Jahren wurden tragbare Mößbauer-Spektrometer zur Exploration der Zinnlagerstätten des Erzgebirges eingesetzt.
Miniaturisierte Mößbauer-Spektrometer mit der Bezeichnung „MIMOS II“, die an der Universität Mainz entwickelt und gebaut wurden, kamen auf den NASA-Marssonden Spirit und Opportunity zum Einsatz. Sie analysierten Marsgestein und fanden neben klaren Beweisen für Wasser auch Hinweise auf eine Phase der Marsgeschichte, in der die Marsatmosphäre deutlich mehr Sauerstoff enthielt als heute.
Ein weiteres, nur faustgroßes Gerät sollte mit der russischen Sonde „Phobos-Grunt“ 2013 auf dem Marsmond Phobos landen. Die Zeitangaben im Artikel sind widersprüchlich: Die Mission wird für 2013 genannt, zugleich heißt es, die Sonde sei bereits am 15. Januar 2012 nach dem Verbleib in einer Parkbahn in die Erdatmosphäre eingetreten und über dem Ostpazifik verglüht.