以上のように、メスバウアー分光法は非常に細かいエネルギー分解能を持っており、該当する原子の核環境の微妙な変化も検出することができる。 典型的には、異性体シフト、四重極分裂、超微細磁気分裂の3種類の核反応を観測する。
異性体シフトEdit
Fig. 2: 核エネルギー準位の化学シフトと四重極分裂、および対応するメスバウアースペクトル
アイソマーシフト（δ）（特に古い文献では化学シフトとも呼ぶ）は、核のs軌道内の電子の遷移による核の共鳴エネルギーのシフト（図2参照）を記述する相対的な尺度である。 原子核のs電子の電荷密度によって、スペクトル全体が正または負の方向にシフトする。 この変化は、確率が0でないs軌道の電子と、その軌道を回る体積が0でない原子核との間の静電応答の変化により生じる
s軌道の電子だけが、原子核の中に0でない確率で存在する（原子軌道を参照のこと）。 しかし、p、d、f電子はスクリーニング効果によってs電子密度に影響を与えることがある。
異性体シフトは以下の式で表すことができる。Kは核定数、Re2とRg2の差は励起状態と基底状態の有効核電荷半径差、aとbの差は核内の電子密度差（a＝ソース、b＝サンプル）である。 ここで述べた化学異性体シフトは温度によって変化しませんが、メスバウアースペクトルは2次ドップラー効果として知られる相対論的効果により温度感度を持ちます。 一般にこの効果の影響は小さく、IUPAC標準ではこの効果を補正せずにアイソマーシフトを報告することができます。
CS = K ( ⟨ R e 2 ⟩ – ⟨ R g 2 ⟩ ) ( b – a ) . {ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ
この式の物理的な意味を例を挙げて説明すると、
- 57Feのスペクトルでs電子密度を増加させると実効核電荷の変化が負(Re < Rgのため)となり負のシフトとなるが、119Snのs電子密度が増加すると全体の核電荷が正(Re > Rgのため)となり正のシフトとなる。
- 酸化第二鉄イオン（Fe3+）は、第一鉄イオン（Fe2+）に比べて、d電子による遮蔽効果が弱く、核のs電子密度が大きいため、異性体シフトが小さくなります。
異性体シフトは、酸化状態、価数状態、電子遮蔽、電気陰性基の電子吸引力などの決定に有用です。
四重極分裂Edit
Fig. 3: Sodium nitroprusside is a common reference material indicating quadrupole splitting.
Quadrupole splitting reflects the nuclear energy levels between the surrounding electric field gradient (EFG).The quadrupole splitting is a common reference material indicating quadrupole splitting.All rights reserved. 非球形の電荷分布を持つ状態、すなわちスピン量子数(I)が1/2より大きいすべての状態の原子核は、核四重極モーメントを持つ可能性がある。 この場合、非対称な電場（非対称な電子電荷分布や配位子配置によって生じる）が核エネルギー準位を分裂させる。
57Feや119SnなどのI=3/2の励起状態を持つ同位体の場合、励起状態はmI=±1/2とmI=±3/2に分割される。 基底状態から励起状態への遷移は、スペクトル上で2つの特定のピークとして現れ、「ダブレット」と呼ばれることもある。 四重極分裂はこの2つのピークの間隔として測定され、原子核の電場の特徴を反映する。
四重極分裂は、酸化状態、スピン状態、サイトの対称性、配位子の配置の決定に用いることができる。 4: Mossbauer spectrum and diagram illustrating magnetic Zeeman splitting in 57Fe.
Magnetic hyperfine splittingEdit
Magnetic hyperfine splitting is the interaction between the nucleus and any surrounding magnetic field, as described by the Zeeman Effect. Magnetic hyperfine splitting is a result of the nucleus in any surrounding magnetic field in the freeze. スピンIの原子核は、磁場の存在下で2I+1のサブエネルギー準位に分割される。 例えば、スピン状態I=3/2の57Fe原子核の第一励起状態は、mI値が+3/2、+1/2、-1/2、-3/2の4つの非縮退準位に分かれる。 この等間隔に並ぶ分裂は10-7eVのオーダーで超微細と言われる。 磁気双極子遷移の選択則は、励起状態と基底状態の間の遷移は、mIが0か1か-1だけ変化する場合にのみ起こりうることを意味します。 これは3/2から1/2への遷移に対して6つの可能な遷移を与える。
分裂の程度は原子核の磁場の強さに比例し、それは原子核の電子分布（「化学環境」）にも依存する。 例えば、振動源と光子検出器の間に試料箔を置き（図5参照）、図4に示すような吸収スペクトルを得て、分裂を測定することができる。 核状態の量子g因子が分かれば、ピークの間隔から磁場を決定することができる。
Combination of allEdit
3つのメスバウアーパラメーター（異性体シフト、四重極分裂、超微細分裂）は、標準物質のスペクトルとの比較により、特定の化合物を特定するためにしばしば使用されます。 場合によっては、化合物のメスバウアー活性原子の位置が2つ以上存在することがある。 例えば、磁鉄鉱（Fe3O4）の結晶構造では、鉄原子が2つの異なる位置にある。
多くの場合、異性体シフト、四重極分裂、磁気ゼーマン効果など、すべての効果が観測される。 このような場合、異性体シフトはすべての線の平均値で与えられる。 4つの励起準位がすべて等しくシフトする(2つの準位が持ち上がり、残りの2つが下がる)場合の四重極分裂は、内側の4線に対する外側2線のシフト(内側の4線はすべて外側の最多2線と逆にシフトする)で与えられる。 また、各ピークの相対強度は、試料中の化合物の相対濃度を反映し、半定量的な分析に利用できる。 また、強磁性現象はサイズに依存するため、場合によってはスペクトルから物質の結晶子サイズや結晶粒構造を知ることができます
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