紫外可见漫反射光谱和紫外可见吸收光谱的异同点
紫外吸收和漫反射光谱转换
紫外吸收和漫反射光谱转换
紫外吸收和漫反射光谱转换是通过特定的数学公式，将测得的漫反射光谱数据转换为吸收光谱数据的过程。
紫外可见吸收/漫反射光谱（UV-Vis Spectroscopy）是一种分析技术，它利用物质对光的选择性吸收或反射特性来测定物质的组成、含量及结构。
在实际操作中，尤其是对于固体样品，通常会测量其漫反射光谱，然后使用Kubelka-Munk公式将这些数据转换为吸收光谱。
具体步骤如下：
1. 测量漫反射光谱：首先，使用紫外可见漫反射光谱仪测量样品的漫反射光谱。
这涉及到照射样品并测量反射光的强度。
2. 应用Kubelka-Munk公式：然后，使用Kubelka-Munk公式将漫反射光谱数据转换为吸收光谱数据。
这个公式是基于漫反射光谱的理论推导出来的，它可以将反射率转换为与吸收系数相关的值。
3. 计算吸收光谱：最后，根据Kubelka-Munk函数，可以通过漫反射光谱计算出吸收光谱，从而得到样品的吸收特性。
需要注意的是，这个过程需要一定的数学和物理知识，以及对相关仪器的操作熟悉度。
在实际操作中，可能还需要考虑样品的特性、测试条件等因素，以确保转换的准确性和可靠性。
UV-Vis DRS光谱及其在催化剂表征中的应用
积分球用于测定反射光பைடு நூலகம்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。
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。
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。
漫反射光和积分球：
• 漫反射光：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。
漫反射光谱(DRS)分析
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R 2 R
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● 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)。
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● 漫反射光谱的表达
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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。
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● 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）
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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。
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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”
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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
紫外和可见光吸收光谱
紫外和可见光吸收光谱1.紫外光谱及其产生⑴紫外光的波长范围紫外光的波长范围为4-400nm。
200-400为近紫外区，4-200nm为远紫外区。
由于波长很短的紫外光会被空气中氧和二氧化碳吸收，研究远紫外区的吸收光谱很困难，一般的紫外光谱仅仅是用来研究近紫外区的吸收。
⑵紫外光谱当把一束光通过有机化合物时，某一波长的光可能吸收很强，而对其他波长的光可能吸收很弱，或者根本不吸收。
当化合物吸收一定波长的紫外光时，电子发生跃迁，所产生的吸收光谱叫做紫外吸收光谱，简称紫外光谱。
⑶电子跃迁的种类在有机化合物分子中，由于化合物的价电子有三种类型，即σ键电子、π键电子和未成键的 n 电子，在电子吸收光谱中，电子跃迁主要是经下三种。
①σ-σ*跃迁σ电子是结合得最牢固的价电子，在基态下，电子在成键轨道中，能级最低，而σ*态是最高能级。
σ-σ*跃迁需要相当高的辐射能量。
在一般情况下，仅在200nm以下约～150nm才能观察到，即在一般紫外光谱仪工作范围之外，只能用真空紫外光谱仪才可观察出来（在无氧和二氧化碳的情况下）。
所以测紫外光谱时，常常用烷烃作溶剂。
② n电子的跃迁n 电子是指象N，S，O，X 等原子上未共用的电子。
它的跃迁有两种方式。
第一种方式：n-π* 跃迁未共用电子激发跃入π*轨道，产生吸收带，称为R带（基团型的，Radikalartig德文），由n-π*引起的，在200 nm以上。
如：醛酮分子中羰基在275-295nm处有吸收带，为C=O中n-π*跃迁吸收带。
第二种方式是n→σ*跃迁，这种跃迁所需的能量大于n-π*，故醇醚均在远紫外区才出现吸收带。
~ 200nm。
如甲醇λmax183nm。
③π→π*跃迁乙烯分子中π电子吸收光能量，跃迁到π*轨道。
吸收带在远紫外区。
当双键上氢逐个被烯基取代后，由于共轭作用，π→π*能级减小。
吸收带向长波递增。
由共轭双键产生的吸收带称为K带，其特征是摩尔消光系数大于104。
在近紫外区吸收，CH2=CH2 λmax162nm,CH2=CH-CH=CH2 λmax217nm。
光催化中杂质能级的检测
光催化中杂质能级的检测
光催化中杂质能级的检测方法多种多样，下面介绍几种常用的方法：
1. 光电子能谱（XPS）：通过测量杂质表面产生的光电子的能量分布，可以确定其能级结构和化学状态。
2. 紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）：通过测量杂质吸收紫外-可见光的能力，可以推断出其能级和能带结构。
3. 瞬态吸收光谱（TAS）：通过短脉冲激光诱导杂质吸收光谱，可以探测到杂质能级间的跃迁过程，获得杂质能级结构信息。
4. 电化学阻抗谱（EIS）：通过测量杂质在光催化过程中对电荷传输的影响，可以推断出其能级和电荷转移机制。
5. 示差热分析（DTA）：通过测量样品在升温过程中释放或吸收的热量变化，可以确定杂质能级和反应活性。
综上所述，光催化中杂质能级的检测可以通过不同的实验手段来获得信息，选择合适的方法取决于具体的研究问题和材料性质。
紫外可见吸收光谱、漫反射光谱和荧光光谱及其应用
Tanabe—Sugano图
4.光谱化学系列和电子云扩胀
配合物的能级主要和配位场分裂 能Dg及d电子间的互斥参数B有关，在 分析一系列配合物的电子光谱中，发 现了跟这二个参数（Dg和B）有关的 变化规律，这就是所谓的“光谱化学 系列”和“电子云扩胀系列”，用此 可推出一些化学上有用的信息。
1）姜─泰勒效应
[Ti(H2O)6]3+的吸收光谱
1927年，H.A.John and E.Teller指出，若d壳 层电子云分布呈不对称，则配合物的构型将会 发生形变，产生长、短M-L键。这一现象称为 姜-泰勒效应。
姜-泰勒效应的本质：是体系消除基态简并态 ，电子填入较低的能级中，从而获得额外的 LFSE。
光谱化学系列中的△（或Dg）的大小不仅受到 静电效应的影响，而且还受到共价性的影响。
对同一配位体，Dg也因中心金属离子
的不同而有差别，变化规律大体有： Mn2+ ＜Co2+ = Ni2+ ＜V2+ ＜Fe3+ ＜Cr3+ ＜
V3+ ＜Co3+ ＜Mn4+ ＜Mo3+ ＜Rh3+＜Ir3+ ＜ Pt4+ ……
4） 振动偶合
配位场强度与金属──配体距离有关，振动偶合会使状态数 增多，增加了谱带的宽度。
5） 海森堡测不准关系
涉及能量和时间的测不准关系式为：
△Eτ≥1/2 h
式中 △E是寿命为τ的某个状态的能量不确定性。这个关系式 表明，具有有限寿命的状态并不具有准确的恒定的能量，其能 量有一分布或不确定性。此不确定性随寿命的减少而增加。除 基态外，所有的状态都表现出自发发射，所以激发态并无尖锐 的确定能量。而激发态的有限寿命及由此带来的能量不确定性 就使谱峰产生了一定的宽度，测不准加宽属于正常自然宽度， 许多因素对线宽的贡献大大超过了测不准关系。
第五章紫外—可见吸收光谱分析
②狭缝
由锐边金属片组成 A. 入射狭缝：位于光源与色散元件之间。
作用 ：是限制杂散光进入色散元件。 B. 出口狭缝：位于色散元件与吸收池之间。
作用：把额定波长单色光分离出单色器。
光源
样品室
检测器
显示
三、主要部件（以单光束分光光度计为例）
2. 单色器
②狭缝
狭缝宽度可调
定性分析时，窄一点，单色光纯，但光强弱。 定量分析时，宽一点，灵敏度高。
n 型硅基
侧视(cross section)
0.025mm
p np np n p n p n p n
2.5mm
顶视(top view)
512个
1024个
三、主要部件（以单光束分光光度计为例）
5. 显示器 将检测器产生的光电流用直观的形式显示出来。
例： 72G型
722型
7530型
电表指针显示 数字形式显示 屏幕形式显示
当A=0时，C样=-C标
方法特点：适用于组成较复杂的样品，对于 批量样品较麻烦。
二、 多组分同时测定
（同时测定一个样品中的几个组分）
原理：吸光度加和性
（1）n个波长处分别测定样品的吸光度。
（假设测定n个组分，一般选择各个组分的λmax）
（2）根据吸光度的加和性建立n个方程，解联立方程， 可得n个组分的浓度。
第一节 概述
一、仪器分析方法分类（回顾）：
电化学分析法 光学分析法 色谱分析法 其它分析方法
原子光谱法 分子光谱法 X射线光谱法 核磁波谱
紫外—可见光光谱法 荧光光谱法 红外吸收光谱法 拉曼光谱法
二、应用：
1．定量分析： 有色物质→ 可见光区：340~800nm 对紫外线有吸收的无色物质→ 紫外光区： 200~340nm 灵敏度ppm，精密度RSD:0.5%
紫外可见漫反射光谱
diffuse refl, 2021
主要内容：
一. 漫反射光谱原理 二. 漫反射光谱与积分球 三. 紫外-可见漫反射光谱仪器原理及操作 四. 紫外-可见漫反射趣味实验
一.漫反射光谱原理：
❖镜面反射： 反射角=入射角
•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．
二.漫反射光与积分球 ：
Diffused reflectance and integrating sphere:
Sample有吸收 反射量减少
The characteristics of typical integrating sphere coatings
PTFE（聚四氟乙烯）和一般漫反射材料
（BaSO4）的反射率比较：
三. 紫外-可见漫反射光谱仪器及操作
System Hardware
System Layout
BTC611 Spectrometer
Cuvette Flash Xenon
Fiber Connector
Thickness Sheet Sample Holder
Accessories
Transmission Test :
Take off the port plug or port reducer .
Take off reference and put the sample
1 2 K 为吸收系数，S 为散射系数，R∞ 表示无限厚样品
Set “Integration Time” to an appropriate value, that make the “Intensity” of “Reference Scan” up to around 60,000.
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紫外可见漫反射光谱和紫外可见吸收光谱的异同点
紫外可见漫反射光谱和紫外可见吸收光谱是两种常用的光谱分
析技术，它们都可以用于分析物质的结构和性质。
虽然它们都是利用物质对紫外可见光的吸收或反射，但它们之间还存在一些明显的区别。
首先，紫外可见漫反射光谱和紫外可见吸收光谱的测量方式不同。
紫外可见漫反射光谱是以固体或液体样品表面反射出的光为信号，而紫外可见吸收光谱则是以经过样品之后剩余的光为信号。
因此，两种光谱在实验装置和数据处理上有所不同。
其次，紫外可见漫反射光谱和紫外可见吸收光谱的信息含量也不同。
紫外可见漫反射光谱可以得到样品表面的反射率，从而了解样品表面的形态结构和物理性质，如晶体形态、表面粗糙度、透明度等。
而紫外可见吸收光谱则可以得到样品中某些特定的化学键吸收光的
信息，从而了解样品的化学结构和化学性质，如含氧官能团、芳香性结构等。
最后，紫外可见漫反射光谱和紫外可见吸收光谱的实验条件和分析对象也有所不同。
紫外可见漫反射光谱通常适用于固体或液体的表面分析，而紫外可见吸收光谱则适用于固体、液体和气体中的化合物分析。
综上所述，紫外可见漫反射光谱和紫外可见吸收光谱虽然都是利用紫外可见光进行分析，但它们的测量方式、信息含量和适用范围都存在差异。
因此，在使用这两种光谱技术时需要根据具体实验目的和分析对象来选择合适的方法。