Dla wysokich temperatur >

Θ

D

stała siłowa zależy od wiązań żelaza

(pierwszej strefy koordynacyjnej; f

v

) oraz wiązań dalszych z białkiem f

col

(druga, trzecia , … strefa koordynacyjna; f

i

)

gdzie

n

–numer strefy koordynacyjnej

Dla pierwszej sfery koordynacyjnej

próbnika (np. żelaza NHFe) ( T < Θ

D

)

n

–numer strefy koordynacyjnej

v

dla nisko-spinowego Fe

2+

otrzymano f

v

≈ 46 N/m

dla wysoko-spinowego Fe

2+

otrzymano f

v

≈ 20 N/m

Dla pierwszej sfery koordynacyjnej żelaza NHF ( T > Θ

D

)

dla nisko spinowego Fe

2+

otrzymano f

col

≈ 6.6 N/m

dla wysoko spinowego Fe

2+

otrzymano f

col

≈ 2.0 - 2.7 N/m

Uzyskana

wartość stałej siłowej f

col

z pomiarów rozpraszania neutronowego wynosi ok. 3.8 N/m

(średnia drgań całej matrycy białkowej badanego układu).

W przypadku żelaza niehemowego NHFe (w bakteryjnych centrach fotosyntetycznych typu II:

W przypadku żelaza niehemowego w bakteryjnych centrach fotosyntetycznych typu II:

Jest to metoda, która jest rozszerzeniem spektroskopii mössbauerowskiej na domenę
czasową, wykorzystującą „strukturę” czasową promieniowania synchrotronowego
wzbudzającego przejście jądrowe (np. dla

57

Fe prom. 14.4 keV). W NFS stosuje się

krótkie paczki, ok. 100 ps, prom. synchrotronowego do badania deaktywacji stanu
wzbudzonego jądra próbnika (dla

57

Fe - gamma-rozpad, czas życia τ

57

Fe = 141 ns).

Interwał czasowy pomiędzy impulsami powinien być więc dłuższy od czasu τ.

NFS: Nuclear forward scattering

Jądrowe rozpraszanie do przodu

Gdy prom. synchrotronowe przechodzi przez próbkę, jadro moessbauerowskie jest wzbudzane
rezonansowo, bezodrzutowo. Z kształtu linii deaktywacji P(t) jądra ze stanu wzbudzonego
zależnej od:
(i) czasu życia stanu wzbudzonego
(ii) rozszczenienia poziomów jądrowyc
(iii) efektywnej grubości póbki
można wyznaczyć czynnik Lamba – Moessbauera oraz parametry oddziaływań nadsubtelnych.

































ext

e

ext

e

y

x

z

B

g

S

E

D

B

g

S

S

S

D

E

S

S

S

D

H









~

~

)

ˆ

ˆ

(

)

1

(

3

1

ˆ

2

2

2





magnetyczne pole zewnętrzne

magneton Bohra

operator spinu

t

ensor opisujący wpływ oddziaływań zeemanowskich

(anizotropia oddziaływań)

wielkość rozszczepienia w zerowym polu

miara odstępstwa od symetrii osiowej;

wpływ pola ligandów poprzez oddziaływania elektronowe

t

eff

– grubość efektywna próbki

n -

liczba jader próbnika na cm

2

σo – przekrój czynny na jadrową absorpcję rezonansową

Gdy dwa stany są wzbudzane jednocześnie (ω

1

i

ω

2

) i posiadaja ten sam czas życia τ

dla promieniowania

niekoherentnego koherentnego

NFS jest kolektywnym
i koherentnym procesem

„Quantum beats”

Zależność czasowa fotonów emitowanych do przodu.

Widoczne są charakterystyczne modulacje wynikające

z wielokrotnego rozpraszania w próbce o skończonych

rozmiarach (grubość > ok. 0.1 μm), tzw. „dynamical
beats

”, oznaczenie – ciągła linia.

Gdyby nie było koherentnego wielokrotnego

rozpraszania, to obserwowana byłaby pojedyncza
eksponenta

– linia przerywana.

Zależność czasowa fotonów emitowanych do przodu,

w obecności pola magnetycznego – przerywana linia

dla cienkiej próbki (tzw. quantum beats”).

W przypadku grubej próbki na „quantum beats”

nakładają się „dynamical beats”. – ciagła linia i
kropkowana obwiednia.

W obecności pola magnetycznego

Bez pola magnetycznego

Przewaga NFS (zależność od czasu) nas standardową SM (zależność od energii):

1.

Wysoka jasność i kolimacja wiązki synchrotronowej daje na duży strumień

fononów. W konsekwencji mogą być mierzone bardzo małe wymiarowo próbki

(0.1-1 mm

2

) i o małej zawartości próbnika (bardzo ważne dla próbek biologicznych).

Dla NFS wymagany przekrój czynny dla próbki jest ok. 100-krotnie mniejszy i czas

pomiaru przynajmniej o rząd wielkości krótszy w porównaniu z SM.

2. Widma NFS są właściwie wolne od szumów tła, są niewrażliwe na mechaniczne
drgania.

3. Ze względu na liniową polaryzację promieniowania synchrotronowego metoda NFS

jest szczególnie wrażliwa na kierunek nadsubtelnego pola magnetycznego.

Przykładowe widmo NFS
o

trzymane dla żelaza niehemowego

zmutowanego bakteryjnego
centrum reakcji typu II.