漫反射光谱(DRS)分析
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紫外可见漫反射谱的分析原理以及应用
3
收集这些光谱信息，即获得一个漫反射光谱， 基于此可以确定过渡金属离子的电子结构（价 态，配位对称性）。
2、漫反射光谱
当光照射到固体表面时，发生反 射和散射。
● 镜面反射： 反射角=入射角 光不被吸收！
4
● 漫 反 射：
当光束入射至粉末状的晶 面层时，一部分光在表层各晶 粒面产生镜面反射；另一部分 光则折射入表层晶粒的内部， 经部分吸收后射至内部晶粒界 面，再发生反射、折射、吸收。 如此多次重复，最后由粉末表 层朝各个方向反射出来，这种 辐射称为漫反射光。
16
载体中引入分子筛
Ni-W-Al2O3
从图中可以看出,催化剂在580 nm和630 nm均没发现NiAl2O4 尖晶石的特征谱带,说明载体 中引入了适量的分子筛,使其 相对均匀地分散于氧化铝基体 中,有效削弱镍与氧化铝的相 互作用,并抑制镍离子扩散到 氧化铝晶格中。另外,在420 nm处出现了一个明显的八面体 镍物种的特征谱带,这样可以 减少惰性镍铝尖晶石的生成, 有利于镍以八面体物种的形式 存在,从而更有利于镍助剂效 应的发挥,提高催化剂的加氢 活性。
5
漫反射光的强度决定于样品对光的吸收，以及由样品的物理 状态所决定的散射。
6
● Kubelka—Munk 方程式（漫反射定律）
F ( R )
K
/S
1 R 2
2 R
K 为吸收系数，主要决定于漫反射体的化学组成 S 为散射系数，主要决定于漫反射体的物理特性 R∞ 表示无限厚样品的反射系数R 的极限值。 F (R∞ ) 称为减免函数或K—M函数。
2
一、基本原理
1、固体中金属离子的电荷跃迁。
在过渡金属离子-配位体体系中，一方是电子给予体 ，另一方为电子接受体。在光激发下，发生电荷转移， 电子吸收某能量光子从给予体转移到接受体，这种电子 转移需要的能量小，在紫外区产生吸收光谱。
收集这些光谱信息，即获得一个漫反射光谱， 基于此可以确定过渡金属离子的电子结构（价 态，配位对称性）。
2、漫反射光谱
当光照射到固体表面时，发生反 射和散射。
● 镜面反射： 反射角=入射角 光不被吸收！
4
● 漫 反 射：
当光束入射至粉末状的晶 面层时，一部分光在表层各晶 粒面产生镜面反射；另一部分 光则折射入表层晶粒的内部， 经部分吸收后射至内部晶粒界 面，再发生反射、折射、吸收。 如此多次重复，最后由粉末表 层朝各个方向反射出来，这种 辐射称为漫反射光。
16
载体中引入分子筛
Ni-W-Al2O3
从图中可以看出,催化剂在580 nm和630 nm均没发现NiAl2O4 尖晶石的特征谱带,说明载体 中引入了适量的分子筛,使其 相对均匀地分散于氧化铝基体 中,有效削弱镍与氧化铝的相 互作用,并抑制镍离子扩散到 氧化铝晶格中。另外,在420 nm处出现了一个明显的八面体 镍物种的特征谱带,这样可以 减少惰性镍铝尖晶石的生成, 有利于镍以八面体物种的形式 存在,从而更有利于镍助剂效 应的发挥,提高催化剂的加氢 活性。
5
漫反射光的强度决定于样品对光的吸收，以及由样品的物理 状态所决定的散射。
6
● Kubelka—Munk 方程式（漫反射定律）
F ( R )
K
/S
1 R 2
2 R
K 为吸收系数，主要决定于漫反射体的化学组成 S 为散射系数，主要决定于漫反射体的物理特性 R∞ 表示无限厚样品的反射系数R 的极限值。 F (R∞ ) 称为减免函数或K—M函数。
2
一、基本原理
1、固体中金属离子的电荷跃迁。
在过渡金属离子-配位体体系中，一方是电子给予体 ，另一方为电子接受体。在光激发下，发生电荷转移， 电子吸收某能量光子从给予体转移到接受体，这种电子 转移需要的能量小，在紫外区产生吸收光谱。
紫外可见漫反射光谱的测试原理
紫外可见漫反射光谱的测试原理
紫外可见漫反射光谱是一种非接触式表面分析技术，可用于研究材料的光学性质、表面形态和化学成分等。
其测试原理是将紫外可见光照射到样品表面，由于样品表面存在微小起伏和颗粒，光线会发生漫反射现象，漫反射光谱是根据被反射光的强度和波长来分析材料表面的性质的。
漫反射光谱的测试原理基于菲涅尔方程和薄膜厚度的变化，可以得到表面形态、膜厚度和化学计量比等信息，是一种非常有用的表面分析技术。
- 1 -。
UVVisDRS光谱及其在催化剂表征中的应用
积分球用于测定反射光谱的方法（2种）：
代替法：其基本原理如
右图5所示，从外部过来的 辐射通过小孔1进入球内， 落在样品表面2上，用外部 光度计通过小孔3测量球壁 辐射强度，然后用标准物 代替样品进行重复测量， 强度的相对值用来量度以 标准物为基准的样品反射 能力。
图5 代替法
• 比较法：样品和标准物在整个测
2R
注：K 为吸收系数，S 为散射系数，
R∞ 表示无限厚样品的反射系数R 的极限值。
F (R∞ ) 称为减免函数或Kubelka—Munk函数。
● 实际测定的是R′∞, 不是绝对反射率 R∞，即相对
一 个标准样品的相对反射率。
● 其值依赖于波长 F(R′∞)—波长
● 对应于透射光谱的消光系数
● 在一个稀释的物种的情况下正比于物种的浓度
（相似于 Lambert-Beer law)。
1.5 漫反射光谱的表达 朗伯比尔定律描述入射光和吸收光之间的关系。 漫反射定律描述一束单色光入射到一种既能吸 收光，又能反射光的物体上的光学关系。
A=-㏑T
LogF (R
)
LogK
LogS
Log
1 R
2R
2
图4 吸收光谱曲线与漫反射光谱曲线
比色分析法：比较有色溶液深浅来确定物质含量 的方法，属于可见吸收光度法的范畴。
分光光度法：使用分光光度计进行吸收光谱分析 的方法。
紫外可见波长范围：
远紫外光区：10-200 nm； 近紫外光区：200-400 nm； 可见光区：400-780 nm。
注：由于O2、N2、CO2、H2O等在真空紫外区(60-200 nm)均有
1.1 固体中金属离子的电荷跃迁
紫外可见漫反射光谱的测试原理
紫外可见漫反射光谱的测试原理
紫外可见漫反射光谱是一种用于分析物质的光谱测试方法。
它的原理是利用紫外光和可见光的波长，将光线照射到待测试的样品表面上，并测量被样品表面反射的漫反射光谱。
漫反射光谱是一种与样品表面反射率相关的光谱，可以提供样品的结构信息和化学组成信息。
通过对漫反射光谱的测量和分析，可以确定样品的成分、结构、形态等信息，广泛应用于化学、材料科学、生物医学等领域的研究和生产中。
- 1 -。
UV-Vis DRS光谱及其在催化剂表征中的应用ppt课件
漫反射光。
反射峰通常很弱，同时，它与吸收峰基本重合，仅仅使吸收
峰稍有减弱而不至于引起明显的位移。对固体粉末样品的镜面 反射光及漫反射光同时进行检测可得到其漫反射光谱。
图3 漫反射光示意图
1.4 漫反射定律（Kubelka—Munk 方程式）[5，13]
F (R )K /S1 2 R R 2
比色分析法：比较有色溶液深浅来确定物质含量 的方法，属于可见吸收光度法的范畴。
分光光度法：使用分光光度计进行吸收光谱分析 的方法。
紫外可见波长范围：
远紫外光区：10-200 nm； 近紫外光区：200-400 nm； 可见光区：400-780 nm。
注：由于O2、N2、CO2、H2O等在真空紫外区(60-200 nm)均有
在可见光区或近红外区的吸收光谱。
收集这些光谱信息，即获得一个漫反射光谱，基于此可 以确定过渡金属离子的电子结构（价态、配位对称性）。
1.2 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis)
定义：根据溶液中物质的分子或离子对紫外和可 见光谱区辐射能的吸收来研究物质的组成和结构的方 法[4]。包括比色分析法和分光光度法。
吸收，测定这一范围光谱时须将光学系统抽真空并充入惰性
气体。所以真空紫外分光光度计非常昂贵，在实际应用中受
到一定的限制。
故通常所说的紫外-可见分光光度法，实际上是指近紫 外-可见分光光度法(200-780 nm) 。
1.3 漫反射光谱(DRS)
当光照射到固体表面时，发生反射和散射（如图1、2）
镜面反射：
注：K 为吸收系数，S 为散射系数，
R∞ 表示无限厚样品的反射系数R 的极限值。
F (R∞ ) 称为减免函数或Kubelka—Munk函数。
反射峰通常很弱，同时，它与吸收峰基本重合，仅仅使吸收
峰稍有减弱而不至于引起明显的位移。对固体粉末样品的镜面 反射光及漫反射光同时进行检测可得到其漫反射光谱。
图3 漫反射光示意图
1.4 漫反射定律（Kubelka—Munk 方程式）[5，13]
F (R )K /S1 2 R R 2
比色分析法：比较有色溶液深浅来确定物质含量 的方法，属于可见吸收光度法的范畴。
分光光度法：使用分光光度计进行吸收光谱分析 的方法。
紫外可见波长范围：
远紫外光区：10-200 nm； 近紫外光区：200-400 nm； 可见光区：400-780 nm。
注：由于O2、N2、CO2、H2O等在真空紫外区(60-200 nm)均有
在可见光区或近红外区的吸收光谱。
收集这些光谱信息，即获得一个漫反射光谱，基于此可 以确定过渡金属离子的电子结构（价态、配位对称性）。
1.2 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis)
定义：根据溶液中物质的分子或离子对紫外和可 见光谱区辐射能的吸收来研究物质的组成和结构的方 法[4]。包括比色分析法和分光光度法。
吸收，测定这一范围光谱时须将光学系统抽真空并充入惰性
气体。所以真空紫外分光光度计非常昂贵，在实际应用中受
到一定的限制。
故通常所说的紫外-可见分光光度法，实际上是指近紫 外-可见分光光度法(200-780 nm) 。
1.3 漫反射光谱(DRS)
当光照射到固体表面时，发生反射和散射（如图1、2）
镜面反射：
注：K 为吸收系数，S 为散射系数，
R∞ 表示无限厚样品的反射系数R 的极限值。
F (R∞ ) 称为减免函数或Kubelka—Munk函数。
近红外漫反射光谱法快速测定首乌丸中二苯乙烯苷的含量
中国药房2017年第28卷第18期China Pharmacy 2017V ol.28No.18首乌丸由制何首乌、熟地黄、桑椹等中药组成，具有补肝肾、益精血、乌须发的功效，可用于治疗肝肾两虚、头晕目花、耳鸣、腰酸肢麻、须发早白、高血脂等症[1]。
该制剂现收载于2015年版《中国药典》（一部），采用高效液相色谱法（HPLC ）作为测定首乌丸中二苯乙烯苷含量的标准方法，但该方法操作较为烦琐，不仅费时费力，而且易破坏样品[2]。
近红外漫反射光谱法（Near infrared diff-use reflectance spectroscopy ，NIDRS ）作为一门绿色分析技术，通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品中有机分子含氢基团的特征信息[3]，在药物的定性、定量分析方面具有广泛的应用前景[4-7]。
鉴于此，本课题组采用NIDRS 法建立了快速测定首乌丸中二苯乙烯苷含量的方法，以期为完善该制剂的质量标准提供参考。
1材料1.1仪器1120型全自动HPLC 仪，配备SIL-20A 自动进样器、SPD-20A 紫外检测器、LC solution 工作站（日本Shim-adzu 公司）；Nicolet 6700型傅里叶变换近红外光谱仪，配有漫反射积分球、样品旋转器和石英样品杯、OMNIC 光谱采集软件和TQ 8.0分析软件（美国Thermo 公司）；BIY 211b 型万分之一电子分析天平和AY 120型十万分Δ基金项目：广东省科技计划项目（No.2009B 030801044）＊硕士研究生。
研究方向：中药资源与质量。
E-mail ：xila_1990@#通信作者：教授，博士。
研究方向：中药资源、中药质量标准及中药新药研究。
E-mail ：shengguo_ji@ 近红外漫反射光谱法快速测定首乌丸中二苯乙烯苷的含量Δ刘喜乐＊，贾灿潮，姬生国#（广东药科大学中药学院，广州510006）中图分类号R 917文献标志码A 文章编号1001-0408（2017）18-2539-04DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2017.18.26摘要目的：建立快速测定首乌丸中二苯乙烯苷含量的方法。
UV-Vis DRS光谱及其在催化剂表征中的应用PPT精选文档
2. UV-Vis DRS的研究方法
2.1 仪器：
紫外—可见分光光度计（附带漫反射测定装置— 积分球）
基本组成：
光源
单色器
样品室
检测器
显示器
可见光区：钨灯。其辐射波长范围在320～2500 nm 紫外区：氢、氘灯。发射180～375 nm的连续光谱
14
• 紫外可见与紫外可见漫反射分光光度计的区别：
26
图10 不同焙烧温度下，NiO-WO3/Al2O3催化 剂样品的UV-Vis DRS光谱图
注：曲线1、2、3、4、5分别为S-1-2、S-1-3、
S-1-4、S-1-5、S-1-6催化剂，焙烧温度分别为
500、550、600、650、700℃
由图10可知，500℃焙 烧时，在630毫微米处尖晶 石NiAl2O4中的四面配位体 Ni2+的微弱特征谱带[8]， 随着焙烧温度的升高， 580-630毫微米处的四面体 Ni2+特征谱带越来越明显， 强度也随之增大。原因： 在浸渍过程中，Ni2+沉积 在氧化铝-钨酸盐体系表面， 故焙烧温度升高，Ni2+进 入到氧化铝晶格，生成表 面或体相尖晶石。
图9中纯WO3光谱（曲线3）在 330毫微米处出现强吸收峰，240 毫微米处有一弱吸收峰；r-Al2O3 在230、300、 370毫微米处出现 吸收峰；WO3/Al2O3催化剂（曲线2） 在220—280毫微米有一较宽的吸 收峰；Al2(WO4)3 （曲线1）在240 毫微米处有一吸收峰，280毫微米 处有一肩峰；S-1-3催化剂（曲线 4）除在580-630毫微米处出现尖 晶石NiAl2O4 特征谱带和在420毫 微米有游离的NiO的弱吸收峰之外， 还在240毫微米处出现一个较宽的 吸收带，280毫微米处隐约有一个 肩峰，因此可以推测在S-1-3催化 剂表面上还存在有Al2(WO4)3或少 量的WO3。
UV-Vis DRS光谱及其在催化剂表征中的应用
目 录
1. 2. 3. 4. 紫外可见漫反射光谱基本原理 紫外可见漫反射光谱研究方法 紫外可见漫反射在催化剂表征中的应用 结语
1.UV-Vis DRS 基本原理
漫反射光谱是一种不同于一般吸收光谱的在紫 外、可见和近红外区的光谱，是一种反射光谱，与 物质的电子结构有关。 漫反射光谱不仅可以用于研究催化剂表面过渡 金属离子及其配合物的结构、氧化状态、配位状态、 配位对称性，而且在光催化研究中还可用于催化剂 的光吸收性能的测定；可用于色差的测定等等。
积分球用于测定反射光谱的方法（2种）：
代替法：其基本原理如
右图5所示，从外部过来的 辐射通过小孔1进入球内， 落在样品表面2上，用外部 光度计通过小孔3测量球壁 辐射强度，然后用标准物 代替样品进行重复测量， 强度的相对值用来量度以 标准物为基准的样品反射 能力。
图5 代替法
• 比较法：样品和标准物在整个测
3.2 评价催化剂活性
反射强度与活性的关系 为了加速催化剂的研究和发展，人们对筛选催化剂的 物理方法和化学方法产生极大兴趣，例如通过测定NiOWO3-Al2O3和NiO-MoO3-Al2O3和NiO-WO3-MoO3-Al2O3催化剂活 性[15,16]。 [Ni02+]/Ni12+]比值大小与活性关系 用UV-Vis DRS光谱可以定性测定尖晶石中四面体配位 和八面体配位的相对占有率，即[Ni02+]/Ni12+]，由此推测 金属离子在四面体位置和八面体位置的分布与催化活性的 关系。
1.1 固体中金属离子的电荷跃迁
在过渡金属离子-配位体体系中，一方是电子给予体，另 一方为电子接受体。在光激发下，发生电荷转移，电子吸收 某能量光子从给予体转移到接受体，在紫外区产生吸收光谱。 当过渡金属离子本身吸收光子激发发生内部d轨道内的跃 迁（d-d)跃迁，引起配位场吸收带，需要能量较低，表现为 在可见光区或近红外区的吸收光谱。
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1
R 2 R
2
● 实际测定的是 R’∞, 不是绝对反射率 R ∞，即相对 一 个标准样品的相对反射率。 ● 其值依赖于波长 F(R’ ∞)—波长 ●对应于透射光谱的消光系数 ● 在一个稀释的物种的情况下正比于物种的浓度 （相似于 Lambert-Beer law)。
6
● 漫反射光谱的表达
8
1/R∞ 和 Log (1/R∞) ——相当于透射光谱测定中的
吸收率： log (1/R) = log (100/%R) 。 用log (1/R) 单位是因为其与样品组分
的浓度间有线性相关性。
9
10
● R∞的确定
一般不测定样品的绝对反射率，而是以白色标准物 质为参比（假设其不吸收光，反射率为1），得到的相 对反射率。 参比物质：要求在200 nm – 3 微米波长范围反射 率为100%，常用MgO, BaSO4，MgSO4等，其反射率 R ∞定义为1（大约为0.98-0.99). MgO 机械性能不如
代替法
比较法
检测器：光电倍增管（用于紫外-可见光） 硫化铅 （用于近红外区）
18
2. 样品处理
将固体样品研磨成一定的颗粒度，保证重现性， 压成片状，干燥。 参比压成白板。 粉末样品不用压片，用专用样品池测定。 样品也可用稀释剂稀释测定，稀释剂可用MgO， BaSO4,NaCl, SiO2等。
19
2.比比谁的 手更白！
你能猜出每条反射曲对应 的是哪只手吗？
B
右上图：手背皮肤的紫外可见漫
反射曲线
A C
左下图：上图所测曲线的各个“样 品”
20
三、催化剂研究中的应用
1. 光吸收性质的研究 TiO2光催化剂
光谱测量方法
将TiO2样品在6MPa压力下制成圆片，以标准白 板作参比，在装有积分球的UV/Vis/NIR分光光度计 上测得250-500 nm的漫反射谱、用365 nm处的表 现吸光度(与F(R)函数值成正比) 来比较不同温度制 备样品对光的吸收能力。
朗伯定律描述入射光和吸收光之间的关系。 Kubelka—Munk 方程式描述一束单色光入射到一
种既能吸收光，又能反射光的物体上的光学关系。
Log F ( R
1 R ) Log K Log S Log
2
2 R
K R 1 S
2K K - 2 S S
Sample有吸收 反射量减少
The characteristics of typical integrating sphere coatings
16
In Situ Cell & Integrating Sphere
17
两种测量方式：代替法, 比较法
检测器 入射光 参比 入射光 样品 样品 检测器
表现为在可见光区或近红外区的吸收光谱。
2
收集这些光谱信息，即获得一个漫反射光谱， 基于此可以确定过渡金属离子的电子结构（价 态，配位对称性）。
2、漫反射光谱
当光照射到固体表面时，发生反射和散射。 ● 镜面反射： 反射角=入射角 光不被吸收！
3
●
漫 反 射：
当光束入射至粉末状的晶面层时，一部分光在表 层各晶粒面产生镜面反射；另一部分光则折射入表层 晶粒的内部，经部分吸收后射至内部晶粒界面，再发 生反射、折射吸收。如此多次重复，最后由粉末表层 朝各个方向反射出来，这种辐射称为漫反射光。
21
光谱
22
光谱解析
图3给出了不同温度下烧结的TiO2样品的DRS 谱图，由图可见，所有样品都有明显的吸收带边(光 吸收阈值)，光谱吸收带边位臵可由吸收带边上升的 拐点来确定，而拐点则通过其导数谱来确定。 TiO2样品的吸收带边与烧结温度的关系示于图4曲 线(1)，虽然在400℃附近出现最大的吸收带边，但从 总体上看，样品的吸收带边随烧结温度的升高和晶粒 尺寸的增大，发生了光谱吸收带边的红移。
14
• 紫外分光光度计与紫外漫反射的区别：
前者：采用透射方式 ，所测样品为溶液 后者：采用漫反射的方式（积分球），所测样品为固 体、粉末、乳浊液和悬浊液
• 漫反射光是指从光源发出的光进入样品内部，经 过多次反射、折射、散射及吸收后返回样品表面的 光．
15
2.漫反射光与积分球 ：
Diffused reflectance and integrating sphere:
第六章 漫反射光谱(DRS)
漫反射光谱是一种不同于一般吸收光谱的在紫 外、可见和近红外区的光谱，是一种反射光谱，与 物质的电子结构有关。
漫反射光谱可以用于研究催化剂表面过渡金属 离子及其配合物的结构、氧化状态、配位状态、配 位对称性；在光催化研究中还可用于催化剂的光吸 收性能的测定；可用于色差的测定等等。
1
一、基本原理
1、固体中金属离子的电荷跃迁。
在过渡金属离子-配位体体系中，一方是电子给予体 ，另一方为电子接受体。在光激发下，发生电荷转移，
电 子吸收某能量光子从给予体转移到接受体，在紫外区
产生吸收光谱。
当过渡金属离子本身吸收光子激发发生内部d轨道内
的跃迁（d-d)跃迁，引起配位场吸收带，需要能量较低，
2
1 2
R∞- 反射率
7
可以有多种曲线形式表示。
横坐标：波数(cm-1)，波长（nm) 纵坐标: Log F（R∞) ， F（R∞) — 对应于吸收单位 （Absorbance), 谱线的峰值为吸 收带位臵。 ％R∞ — 对应于反射率， % reflectance，样品 反射强度比参比物的反射强度。 %R = (IS/IB)*100 Is 反射光强度，IB 参考样品的反射强度 叫（背景）
BaSO4, 现在多用BaSO4作标准。
11
MgO的光谱
12
BaSO4的光谱
reflects well in range 335 – 1320 nm
13
二、测定方法
1. 仪器
紫外-可见-近红外漫反射光谱计
UV-Vis-NIR diffuse reflectance spectroscopy (Varian CARY 500 )
4
反射峰通常很弱，同时，它与吸收峰基本重合，仅 仅使吸收峰稍有减弱而不至于引起明显的位移。对固 体粉末样品的镜面反射光及漫反射光同时进行检测可 得到其漫反射光谱。
5
●
Kubelka—Munk 方程式（漫反射定律）
F ( R ) K / S
K 为吸收系数，S 为散射系数， R∞ 表示无限厚样品的反射系数R 的极限值。 F (R∞ ) 称为减免函数或Kubelka—Munk函数。