La espectroscopía de Mössbauer es una técnica espectroscópica que proporciona información precisa sobre las propiedades químicas, estructurales y magnéticas de un material mediante la absorción y emisión de rayos gamma sin reculamiento. Se basa en el efecto Mössbauer descubierto por Rudolf Mössbauer, el cual le valió el Premio Nobel. Proporciona espectros que revelan detalles del ambiente químico de los núcleos atómicos mediante pequeños cambios en la

2. La espectroscopía de Mössbauer es una
técnica versatil capaz de proporcionar
información muy precisa sobre las propiedades
químicas, estructurales, magnéticas y
dependientes del tiempo en un material.
Este tipo de espectrometría permite
determinar el grado de oxidación así como el
ambiente químico de diferentes elementos
químicos. La espectroscopia se base en el
efecto Mössbauer el cual le valió un premio
Nobel a su descubridor, Rudolf Ludwig
Mössbauer. El uso de esta técnica es
especialmente importante para el estudio de
compuestos de Fe pero es igualmente
aplicable a toda especie química en la cual el
núcleo atómico presente un spin no nulo.
El éxito de esta espectroscopía se basa es el
descubrimiento de la absorción y emisión de
rayos gamma sin reculamiento, actualmente
denominado “Efecto Mössbauer”.

3. Los núcleos en un átomo llevan a cabo
transciones de energía entre distintos niveles,
frecuentemente asociados con la emisión y
absorción de rayos gamma.
Este tipo de transiciones pueden proporcionar
información acerca del ambiente químico de
un átomo o sistema atómico.
Existen 2 obstaculos importantes sin embargo
para obtener esta información: las
interacciones hiperfinas entre los núcleos y su
ambiente son extremadamente pequeñas, y el
reculamiento de un núcleo al emitir o absorber
un rayo gamma, impide la resonancia en el
sistema.

4. Principio.
La muestra es excitada por un haz de rayos
gamma en los cuales su energía es variada en
torno a la energía de transición nuclear. Para
esto es necesario la utilización de una fuente
sometida a un desplazamiento oscilatorio la
cual emita un haz continuo de luz; la variación
de energía debido a esta oscilación es
denominada efecto Doppler-Fizeau. Este tipo
de espectrometría por lo tanto se trata de una
espectrometría de absorción.
Un espectro de Mössbauer esta constituido
por un conjunto de multipletes en los cuales la
forma y la posición ( desplazamiento químico )
son característicos del número de oxidación, y
también de la naturaleza y geometría de los
elementos adyacentes al elemento estudiado.

6. Como NMR, la espectroscopia de Mössbauer
examina pequeños cambios de los niveles de
energía de un núcleo atómico en respuesta a
su ambiente químico. Normalmente, pueden
ser observados tres tipos de interacción: un
desplazamiento isomérico, denominado
desplazamiento químico, un desdoblamiento
de cuadropolo y un desdoblamiento magnético
o hiperfino, también denominado efecto
Zeeman.
Debido a la gran energía y la distribución
compacta de las líneas espectrales de los rayos
gamma, la espectroscopía de Mössbauer es
una de las técnias más sensibles en terminos
de resolución y es capaz de detectar cambios
en ordenes de magnitud 1011.

7. Principios Básicos
Debido a la ley de conservación de momento
en una partícula, un núcleo libre -como en el
caso de un gas- sufre un proceso de reculación
durante la emisión o absorción de un rayo
gamma. Si un núcleo en estado de reposo emite un
rayo gamma, la energía es ligeramente menor
que la energía de la transición energética; en el
caso en que un núcleo absorba un rayo
gamma, la energía del fotón debe ser
ligeramente mayor que la energía de la
transición.
En ambos casos esto se debe a la energía
pérdida por el proceso de reculación del
núcleo. Esto tiene un efecto importante, ya
que es imposible observar resonancia nuclear
en este tipo de sistemas debido a la energía
perdida en estos procesos, debido a que el
desplazamiento de energía del fotón son
demasiado grandes y los espectros de emisión
y absorción no tienen un traslape significativo.

8. Sin embargo, un núcleo en un cristal no tiene
la posibilidad de sufrir un proceso de
reculación debido a que se encuentra
intrínsecamente unido a la red cristalina.
Cuando un núcleo en un sólido emite o
absorbe un rayo gamma, una parte de la
energía puede aún ser pérdida en el proceso
de reculación, pero en este caso siempre
ocurre como unidades discretas llamadas
phonones ( vibraciones cuantizadas de una red
cristalina ).
Un número entero x de phonones puede ser
emitido, incluyendo 0, a lo cual se le denomina
un evento "libre de reculamiento". En este
caso la conservación del momento es
permitida debido al momento asociado a la
red cristalina total, por lo que prácticamente
cero energía es pérdida.

9. Mössbauer demostró que una fracción
significativa de los procesos de emisión y
absorción suceden sin reculamiento, y pueden
ser cuantificados utilizando el factor Lamb-
Mössbauer. Este hecho es lo que permite la
utilización de la espectroscopia de Mössbauer,
ya que los rayos gamma emitidos por un
núcleo pueden ser absorbidos de manera
resonante por una muestra que contiendo
núcleos del mismo isotopo, y por lo tanto una
absorción puede ser medida.

10. Metodología
En su forma más común, la espectroscopía de
absorción Mössbauer, una muestra sólida es
expuesta a un haz de radiación gamma, y un
detector mide la intensidad del haz
transmitido a través de la muestra. Si los núcleos de emisión y absorción tuvieran
el mismo ambiente químico, las transiciones
nucleares de energía serian exactamente
iguales y una absorción resonante sería
observada en ambos materiales en reposo.
La diferencia de los ambientes químicos sin
embargo, causa que los niveles nucleares de
energía se desplazen de distintas formas, y
aunque estos desplazamientos en energía son
minúsculos (generalmente menores a un
micro-electronvolt), la distribución compacta
de las líneas espectrales de los rayos gamma
permite cuantificar estos cambios en energía
de manera precisa y traducirlos en una
absorbancia.

11. Para lograr que los núcleos regresen a un
estado de resonancia es necesario cambiar la
energía del rayo gamma ligeramente y esto se
logra a partir del uso del efecto Doppler. Durante la espectroscopía de Mössbauer, la
fuente es acelerada a una gama diferente de
velocidades utilizando un motor linear para
producir un efecto Doppler en la radiación
emitida y realizar un escaneo de rayos gamma
en un rango dado. Un velocidad típica de
velocidades para 57Fe, por ejemplo, puede ser
+- 11mm/s (48.075neV)
En los espectros resultantes, la intensidad es
graficada como función de la velocidad de la
fuente. A velocidades correspondientes a los
niveles de energía resonantes de la muestra,
una fracción de los rayos gamma son
absorbidos, resultando en una caída en la
intensidad medida y una correspondiente
señal en el espectro. El número, posiciones e intensidades de los
descensos provee información sobre el
ambiente químico del nucleo analizado y
puede permitir caracterizar la muestra.

12. Selección de una fuente adecuada.
La espectroscopia de Mössbauer esta limitada
por la necesidad de una fuente adecuada de
rayos gamma. Usualmente, esta consiste de un
especie radiactiva que decae para obtener el
isótopo deseado. Por ejemplo, la fuente para
57Fe consiste de 57Co, el cual decae por la
captura electrónica a un estado excitado de
57Fe, el cual subsecuentemente emite un rayo
gamma para alcanzar un estado fundamental
de baja energía.
El cobalto radiactivo es preparado en una hoja
metálica usualmente de Rodio. Idealmente el
isótopo inicial debe tener una vida media
suficientemente larga para ser útil, pero
 Es también importante remarcar
también suficientemente corta para proveer la
que la energía del rayo gamma
radiación necesaria para el proceso.
debe ser relativamente baja, ya
que de otra manera el sistema
presentara una fracción baja de
eventos libres de reculamiento, y
por tanto un radio ruido-señal
pobre.

13. Desplazamiento Isomérico.
Este desplazamiento se debe a la interacción del núcleo con la densidad electrónica
del orbital s adyacente a el. Esto provoca una interacción de monopolo que altera los
niveles nucleares de energía. Cualquier diferencia entre el ambiente del orbital s entre
la fuente y la muestra produce por lo tanto un desplazamiento en la energía de
resonancia de transición. Esto desplaza el espectro positiva o negativamente
dependiendo de la densidad electrónica del orbital s, y fija el baricentro del espectro.
Como este desplazamiento no puede ser medido directamente este es medido en
relación a un blanco. Por ejemplo para los espectros de 57Fe estos se miden en
relación a acero alfa a temperatura ambiente. El desplazamiento isomerico es útil para
determinar estados de valencia, esferas de coordinación, apantallamiento electrónico
y efectos de electronegatividad de átomos adyacentes. Para configuraciones
electrónicas de Fe2+ (3d6) y Fe3+ (3d5) los iones ferrosos tienen menos presencia de
electrones s debido al apantallamiento de los electrones d. Este tipo de iones tiene
desplazamiento isoméricos positivos mayores en relación a los de los iones férricos.

14. Desdoblamiento de Cuadropolo.
Núcleos en estados con un no. cuántico de
momento angular I>1/2 tienen una
distribución no esférica de carga. Esto produce
un momento de cuadropolo nuclear. La
presencia de un campo eléctrico asimétrico (
producido por una carga electrónica asimétrica
) produce un desdoblamiento de los niveles de
energía nucleares. La distribución de carga esta
caracterizada por una cantidad específica
denominada Gradiente de Campo Eléctrico
(EFG).
En el caso de un isotopo con un estado
excitado i=3/2, como 57Fe o 119Sn, el estado
excitado se desdobla en dos substados mI=+-
1/2 y mI=+-3/2 mostrando un espectro
característico con un doblete.
La magnitud del desdoblamiento, Delta, esta
relacionado con un momento de cuadropolo
Q, y el principal componente de EFG, Vzz, por
la relación = Delta = eQVzz/2

15. Desdoblamiento Hiperfino o Magnético.
En la presencia de un campo magnético el spin
nuclear experimenta una interacción dipolar
con el campo magnético. Existen una gran
cantidad de fuentes de campos magnéticos
que pueden interacción con el núcleo. El
campo total magnético en el núcleo, Beff,
viene dado por:
Beff = (Bcontact + Borbital + Bdipolar) + Bapplied
Donde los primeros tres términos se deben a la
capas electrónica semillenas del átomo en
cuestión.
El campo magnético provoca un
desdoblamiento del spin I en (2I+1)
subestados.

16. Aplicaciones
Para el estudio de sistemas altamente complejos de producidos por la corrosión
acuosa de aceros y hierro se ha utilizado la espectrometría de Mössbauer debido a
la precisión para determinar los diferentes óxidos de Fe formados en las fases de la
herrumbre.
Este tipo de espectrometría ha sido utilizada también en las sondas Spirit,
Opportunity y Beagle 2 enviadas a Marte en 2003.
Su objetivo era determinar la abundancia de la composición de minerales ricos en
Fe para eventuales misiones futuras así como también medir el magnetismo
asociado a diversos materiales marcianos (rocas, minerales, suelos).