各种物质漫反射光谱的测定
物化实验课件-固体样品的紫外-可见漫反射光谱(uv-vis drs)测定
固体样品的紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）测定一、实验目的1.掌握紫外-可见漫反射原理；2.了解紫外-可见分光光度计的类型和结构；3.数据处理及分析。
二、实验原理1.紫外-可见漫反射光谱与紫外一可见吸收光谱相比，所测样品的局限性要小很多。
吸收光谱符合朗伯-比尔定律，溶液必须是稀溶液才能测量。
而漫反射光谱，所测样品可以是浑浊溶液、悬浊溶液、固体和固体粉末等，试样产生的漫反射符合Kublka-Munk方程式：()2-=R R K S12//∞∞式中：K——吸收系数S——散射系数R∞——表示无限厚样品的反射系数R的极限值，其数值为一个常数。
实际上，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（本实验采用BaSO4，其反射系数在紫外-可见区高达98%左右）比较测量得到的相对反射率R∞(样品)/R∞(参比)，将此比值对波长作图，构成一定波长范围内该物质的反射光谱。
积分球是漫反射测量中的常用附件之一，其内表面的漫反射物质反射系数高达98%，使得光在积分球内部的损失接近零。
漫反射光是指从光源发出的的光进入样品内部，经过多次反射、折射、散射及吸收后返回样品表面的光。
这些光在积分球内经过多次漫反射后到达检测器。
2.固体漫反射吸收光谱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。
D:漫反射S:镜面反射固体漫反射示意图当光照射固体样品时，固体样品的外层电子产生跃迁。
νλE=h=h*C/式中：E为禁带能h=6.626⨯10-34J⋅S（普朗克常数）C=8⨯108m⋅S-1λ为截止波长，待测本实验测试仪器为岛津公司生产的UV-3600（大附件MPC-3100）分光光度计。
三、实验过程1.打开分光光度计预热20-30min;2.通过UVProbe软件设置相应参数;3.样品漫反射光谱测试；4.数据处理及分析。
四、实验报告及要求1.掌握实验原理以及相关知识；2.参数设置时的技巧；3.计算所测半导体材料的带隙，附图谱。
漫反射光谱(DRS)分析
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
物化实验课件-样品漫反射吸收光谱的测定
30
（2）双波长、双光束分光光度计A～
双波长、双光束分光光度计光路图
• •
特点： 利用吸光度差值定量 消除干扰和吸收池不匹配引起的误差
31
（三）阵列型
全波长光度计
多色仪
检测器
二极管阵列
CCD（Charge coupled device）
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五、专业实验相关
仪器介绍 —— UV-3600紫外可见近红外分光光度计 准备过程 —— 固体粉末
% 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）
20
1/R∞和lg(1/R∞)-相当于透射光谱测定中的吸收率： lg(1/R)=lg(100/%R)
用lg(1/R)=单位是因为其与样品组分的浓度间有线性相关性。
44
另一方面，样品的晶型从锐钛矿向金红石转化。由于金 红石型的TiO2带隙宽度（3.0 eV）比锐钛矿（3.2 eV）的 窄，随着烧结温度的升高，金红石相含量逐渐增多，光 谱吸收带边发生红移。
TiO2样品在365 nm处的表现吸光度（用FR值表示）与烧 结温度的关系如Fig2。
其变化在400℃处有一个极大值，烧结温度低于400 ℃时 达到最大，此后，随着烧结温度的进一步升高，表现吸 光度急剧减弱。
16
漫反射光谱(DRS)的表达
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。
1 R lg F R lg K lg S lg
2R
2
K K 2K R 1 2 S S S
近红外漫反射光谱法快速测定天然纤维素清洁浆料α-纤维素含量
近红外漫反射光谱法快速测定天然纤维素清洁浆料α-纤维素含量黄珺;袁洪福;宋春风;李效玉;谢锦春;杜俊琪【摘要】针对天然纤维素清洁制浆新型连续生产工艺,提出了采用近红外漫反射光谱测定天然纤维素(棉、木浆粕)清洁浆料中α-纤维素含量.收集了142个天然纤维素清洁浆料样品,采用GB/T 9107-1999方法(化学分析方法)测定其α-纤维素含量.通过粉碎预处理提高样品的均匀性,继而压入旋转杯采集光谱.采用簇类独立软模式(SIMCA)方法建立了有效的棉浆粕和木浆粕的分类模型,模型识别率达到100％.基于偏最小二乘(PLS)法分别建立的全部样品以及分类棉、木浆粕的α-纤维素含量定量校正模型相关系数分别为0.954,0.911和0.839,SEP分别为2.4％,1.2％和1.6％,模型预测精密度与GB方法的允差接近,表明该方法是可行的,且操作简单,分析速度快,对提高天然纤维素清洁浆料α-纤维素含量分析效率和指导其连续生产具有积极意义.%A new near infrared diffuse reflectance spectroscopy method is proposed to rapidly detect orcellulose content of natural cellulose (plant fiber: cotton, wood) pulp in a new clean pulping process. One hundred forty two samples were collected and their crcellulose content data were determined by standard method GB/T 9107-1999. The samples were homogenized by grinding pretreatment to improve spectroscopy measurement accuracy. Effective classification models were built by SIMCA, with the total correct identification. Using partial least squares (PLS) quantitative calibration, crcellulose of the whole and separate cotton and wood pulp was established, with the correlation coefficients of 0. 954, 0. 911, 0. 839, SEP, 0. 024, 0. 012 and 0. 016, respectively . The repeatabilityresults obtained by the new method are in agreement with the results from GB/T 9107-1999. The new method is feasible for determining crcellulose content of natural cellulose (plant fiber: cotton, wood) in clean pulping process.【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2013(033)001【总页数】5页(P60-64)【关键词】漫反射近红外光谱;天然纤维素;α-纤维素含量;清洁制浆工艺【作者】黄珺;袁洪福;宋春风;李效玉;谢锦春;杜俊琪【作者单位】北京化工大学化学工程学院,北京100029【正文语种】中文【中图分类】O657.3天然纤维素清洁制浆是一种环保节能型新工艺，也是我国纤维原料行业今后重点支持和发展的方向。
二氧化硅纳米颗粒与碳黑纳米颗粒红外漫反射光谱的测量与分析
品浓度成正比，即经转换后得到函数Ｆ（Ｒ）与样品组分浓度Ｃ
的关系符合朗伯一比尔定律。
在混合样品中，由于二氧化硅纳米颗粒的吸收峰的峰面
积受到碳黑纳米颗粒的影响，不能进行混合样品中二氧化硅
纳米颗粒的吸收峰峰面积与浓度之间的定量分析。而碳黑纳
米颗粒的特征吸收峰位不受二氧化硅纳米颗粒的影响，可以
对碳黑纳米颗粒进行定量分析。图５是碳黑纳米颗粒的特征
的最大吸收临界浓度。
１．４定量分析
漫反射光谱的吸光度与样品组分含量（浓度）不符合朗
伯一比尔定律，即样品浓度与光谱强度不成线性关系Ｈ］。不成
线性关系的原因是由于存在镜面反射光。要使样品浓度与光
谱强度呈线性关系，必须减少或消除镜面反射光，本文在实
验中采用将样品与漫反射介质ＫＢｒ粉末一起研磨外，并试将
漫反射率转换为函数Ｆ（Ｒ）。将漫反射光谱转换为Ｆ（Ｒ）函数
吸收峰（９３４ ｃｒｆｌ一１）的峰面积与浓度的关系。由图可见混合样
品中碳黑纳米颗粒的特征吸收峰的峰面积基本符合朗伯一比
尔定律。
∞
∞
∞
９６，善Ｉｏ口ｌ∞ｕ二ｏｐ ｍ
Ｗａｖｅ ｎｕｍｂｅｒ／ｃｍ一１
Ｆｉｇ．４
Ｄｉｆｆｕｓｅ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ ｔｈｅ ｂｌｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｐ剐ｒｔｉｄｅｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ ａｎｄ ｃａｒｂｏｎ ｂｌａｃｋ
Ｆｉｇ．５
０ ０
０．２
０．４
０．６
Ｐｅａｋ ａｒｅａ
０．８
Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｐｅａｋ ｒｅ＇ｅ８ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｂｈｃｋ
近红外漫反射光谱法测定川西高原产沙棘中异鼠李素含量
第２卷， ２ ８ 第 期
２００８年 ２月
光 谱
学
与
光
谱
分
析
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃｒ ｌ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａｙ ｉ Ａｎ ｌ ｓｓ
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ ２， ｐ ２ — ２ １ ２ ， ． ｐ ３ ４３ ６ Ｆ ｂｕｒ ｅ ｒ ａ ｙ，２ ０ ０８
１ 实验部分
１ １ 仪器与试剂 ． Ｂ ＵＫＥ Ｒ Ｒ ＭＡＴ Ｉ － Ｒ Ｘ Ｉ型傅里 叶变换 近红 外光 谱仪 （ 德 国布鲁克公司） ｂ ，Ｐ Ｓ检测器 ，随机附带 ＯＰ ＵＳ光谱 采集 和
公 司） 仪器配有小样 品杯 。测定范 围 １ ０ ￣４０ ０ｅ － ， ， ２０ ０ ０ ｒ ａ 扫描次数 ６ ４次 ， 分辨率 ８ｃ － ，采用 Ｐ 计算 。 ｍ－ Ｉ
２ 结果与讨论
２ １ Ｓ０ 拌 样 法 的立 意 根 据 ． ｉ２
处理软件 ；Ｌ －Ａ 高效 液相 色 谱 仪 （ Ｃ６ 日本 岛 津公 司） ａ ；Ｄｉ — ｍ ｎｉＭ（ ｏ ｓ Ｔ 钻￣ ） １ 柱 （． ｌ Ｃ ８ ４ ６ｍｍＸ１ ０ｍ ５／ｎ ｉ ． 美 国 ５ ｍ， ａ ，． ， ｄ
维普资讯
第２ 期
光谱学与光谱分析
收稿 日期 ： ０ ６１ －９ ２ ０ －０１ 。修订日期 ：２０ －１２ ０ ７０－６
近红外光区的波长短 ， 产生吸收 的官能 团主要 是含 氢基
基金项 目： 国家 自然科学基金项 目（０ ７ １ ３ 资助 ３４２５） 作者简介 ： 叶利明 ， ９ ３ １６ 年生 ， 四川大学华西药学院 副教授 ＊ 通讯联 系人 ｅ ｉ ｌｈｎ ｗ ｎ ｂ ６ ．ｏ － ｌ ｉ ａ ｇ ａ ｌ ＠１ ３ ｃｍ ｍａ ：ｚ ａ
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。
高散射粉末样品漫反射
高散射粉末样品漫反射光谱的测定学生：郑德摘要目的：掌握漫反射附件的测定方法；了解此附件的工作原理。
关键词漫反射光谱1.实验材料1.1仪器付利叶变换红外光谱仪；漫反射附件、玛瑙研钵1.2试药KBr(分析纯)、蔗糖2.原理把粉末样品分散在无红外吸收的KBr介质中，此时物质的晶形取向是随意的。
当红外光照射到样品上时，由于样品随意的晶形取向会从各个方向散射入射光，光散向空间各个方向的现象称为漫反射，所产生的漫反射光是由于入射光与样品发生了作用，所以收集漫反射光就可以获得样品的漫反射光谱。
3.步骤3.1测定本底谱图将KBr粉末装入样品杯内，测定本底谱图。
3.2粗颗粒蔗糖的样品取3mg蔗糖放在研钵中，加相当量的KBr混匀后，再增加KBr的量，不断混匀直到装满样品杯，测粗颗粒蔗糖的样品图谱。
3.3细颗粒蔗糖的样品取3mg蔗糖放在研钵中研磨后，加相当量的KBr混匀后，再增加KBr的量，一般1:20不断混匀直到装满样品杯，测细颗粒蔗糖的样品图谱。
4.蔗糖的红外图谱归属如下：振动类型波数/cm-1氢氧键伸缩振动3662、3388、3127、3014碳氢键伸缩振动2994、2957、2932、2916、2855碳氢、氧氢面内弯曲振动1444、1409、1384、1376、1366、1347、1323碳氧键伸缩振动1161、1128、1116、1106碳氢键面外弯曲振动909、868、850、598、、588、552、6375.讨论5.1保证KBr粉末干燥。
5.2测量时间不要持续过长，以免KBr粉末吸水受潮。
5.3KR5-5晶体有毒且质地柔软、易擦毛和变形。
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093858 张亚辉 应化
实验三：各种物质漫反射光谱的测定
一.实验目的
通过各种样品的紫外－可见漫反射光谱测定，掌握紫外－可见漫反射原理，熟悉InstantSpec BWS003的使用。
二.实验原理
光是一种电磁辐射，具有波粒二相性。
太阳光是全色光，人眼只能看到380-750nm 的光，称为可见光。
紫外－可见漫反射光谱与紫外－可见吸收光谱相比，所测样品的局限性要小很多。
后者符合朗伯－比尔定律，对透射光进行分析，溶液必须是稀溶液才能测量，否则将破坏吸光度与浓度之间的线性关系。
而前者，紫外－可见漫反射光谱则可以浑浊溶液、悬浊溶液及固体和固体粉末等，试样产生的漫反射符合Kublka —Munk 方程式
式中K －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，其数值为一个常数。
实际上，反射系数R 通常是采用与一已知的高反射系数的标准物质（本实验采用PTFE ，其反射系数在紫外可见光区高达98％左右）比较来测量，测定R∞（样品）/ R∞（标准物质）比值，将此比值对波长作图，构成一定波长范围内该物质的反射光谱。
积分球是漫反射测量中的常用附件之一．其内表面的漫反射物质反射系数高达98％，使得光在积分球内部的损失接近零。
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。
这些光在积分球内经过多次漫反射后到达检测器． 2(1)/2/R R K S ∞∞
-=
三.实验仪器和试剂
1.InstantSpec BWS003 紫外可见漫反射光谱仪;
2.有颜色的纸张;
3.不同颜色的树叶；
4.手臂上的某处皮肤（测试者自己选择）。
四.实验步骤
1．双击打开软件，从菜单栏中选择“Option”－“Enable Reference Material File”－“Set”。
2. 设置“Integration Time”为800。
3. 点击“Open FlashLight”。
4. Dark scan
（1）将port reducer装在取样口，拧紧螺丝；
（2）将light trap罩在取样口上。
（3）点击软件上的“dark scan”。
5. Reference scan]
(1) 将Spectralon Reference Standard（参比）放置在样品口
（2）点击“Reference Scan”。
6. Sample scan
（1）取下参比，将样品放置在取样口，点击“Acquire one Spectrum”；
（2）选择“％T/R”得到漫反射光谱曲线。
（3）换另一个样品，点击“Acquire Overlay”得到该样品的漫反射光谱曲线。
五.数据处理
以λ为横坐标，R％为纵坐标作所测样品的反射光谱图。
1）下面为红、黄、蓝三种纸片的漫反射光谱图
从图中可看出红黄蓝分别在其对应波长处的反射率最大，并且各种颜色对应的最
大反射率都不相同。
红光在620nm，黄光在590nm,蓝光在450nm处反射率最大，基本与其对应波长一致。
2）下图为组内六位成员手背的漫反射光谱图
若手越白，则反射率越大，从图中可看出反射率最大的是本组女同学梁美英的手背，故据此推断，她的手是最白的。
3）各色荧光纸比较
可以看出各色荧光纸反射率基本都大于100，这是荧光物质中电子吸收光子跃迁到高能级后不稳定，从高能级到低能级又发出光子造成的。
图中，橙色和玫瑰红有两个反射率最大峰。
橙色两个反射率最大峰处对应的波长是500nm和600nm，玫瑰红两个反射率最大峰处对应的波长是450nm和610nm，说明这两种颜色都是混和色，故才有两个反射率最大峰。
4）叶子、花瓣漫反射光谱图
叶子的正反面反射光谱差别不大，花瓣枯萎时，有点发黑，故其反射率很小，没有新鲜花瓣在420nm左右出现的峰。
六.讨论与思考
1．同种物质及颜色，颜色的深浅与同一波长处的反射率高低有什么联系？
颜色越深，即对该颜色的反射越大，也就是在该波长处的反射率高。
2. 观察不同颜色的物质反射率最高处的峰值有何不同，为什么？
不同颜色的物质反射率最高处的峰值大小及对应的波长均不同。
不同的颜色在其对应的波长处反射率才最大，反射的强度也不同。
七．分析与讨论
紫外一可见吸收光谱法灵敏度高、准确度好、操作简单，是一种十分有效的检测分析手段。
大量研究表明，紫外一可见吸收光谱法可以应用于对全部金属元素和大部分非金属元素的定性或定量测定。
尤其在对有机化合物的定量测定方面，紫外光谱仪器相比其他仪器(如高效液相色谱)具有价格便宜、操作简便、分析快速等特点，因而具有更加广泛的开发应用前景。
但紫外光谱仪在使用过程中也受到一定的限制。
根据朗伯．比耳定律，所测样品必须是一定浓度的均匀溶液。
这就局限了紫外～可见吸收光谱法的实际测量范围。
也使得在对固体、粉末、乳浊液和悬浊液样品的测定中，误差较大，测量效果不理想。
反射光谱法有效的解决了这一问题。
与吸收光谱不同，反射光谱主要是利用光在样品表面的反射来获取样品的表面信息。
光的反射一般可以分为镜面反射(符合入射角等于反射角的条件)与漫反射。
镜面反射只发生在表面颗粒的表层，因为镜面反射光没有进入样品和颗粒的内部，未与样品内部发生作用，因此它没有负载样品的结构和组成的信息，不能用于样品的定性和定量分析。
而漫反射光是分析光进入样品内部后，经过多次反射、折射、衍射、吸收后返回表面的光。
漫反射光是分析光与样品内部分子发生了相互作用后的光，因此负载了样品结构和组成信息，将漫反射谱经过库贝尔卡一芒克(Kubelka-Munk)方程校正后可进行定量分析。
分析对象为：(1)具有平面的固体例如纸张、布、印刷品、陶瓷器以及玻璃等1151；(2)粉末样品，例如化学药品、化妆品、粘土以及颜料等；(3)柔软物质，例如奶油、果酱、化妆品以及染料等．。