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
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。
紫外可见光光谱PPT课件
reaction) 溶质和溶剂之间作用的稳定性 (no
variable associations between solute and solvent)
Instruments and Measuring Methods
仪器和测量方法
仪器（1）
仪器（2）
Double beam in time
Double beam in space
但通常在实际工作中，多以被测物质的总浓度 计算，这样计算出的ε值称为表观吸光系数。 文献中所报道的ε值就是表观吸光系数值。
标准曲线
分光光法
以物质对光的选择性吸收为基础的分析 方法。根据物质所吸收光的波长范围不 同，分光光度分析法又有紫外、可见及 红外分光光度。
Based on the characteristic absorption to light for different materials.
Ce（IV）离子的吸收光谱 A：使用玻璃比色皿 B：使用石英比色皿 虚假峰的出现（虚假吸收）
LB定律应用的要求
单色光 (monochromatic) 低浓度 (low concentration) 无荧光发生 (not fluorescent) 溶液均一 (homogeneous) 光照下稳定 (no photochemical
生物防晒
通过某些可以深入渗透至肌肤细胞核，保 护细胞DNA的原理
化学防晒霜成分
对氨基苯甲酸 Para Amino Benzoic Acid PABA： 吸收 UVB
Phenylbenzimi dazole sulfonic acid苯基苯并咪 唑磺酸 吸收UVB
Oxybenzone: 羟苯并唑 吸收UVB and short UVA
紫外可见分光光法课件
(Ultraviolet-visible Spectrophotometry, UV-Vis)
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电磁辐射与光谱分析法
物质与光的作用可看成是光子对能量的授受， 即 hν=E1-E0,该原理广泛应用于光谱解析。 电磁辐射与物质的作用 本质是物质吸收光能后 发生跃迁。 跃迁是指物质吸收光能后自身能量的改变。因 这种改变是量子化的，故称为跃迁。 不同波长的光 ,能量不同，跃迁形式也不同，因 此有不同的光谱分析法。
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四、偏离 Beer定律的因素
A ? K ?C ?l
? 依据Beer定律，A与C关系 应为经过原点的直线
? 偏离Beer定律的主要因素 表现为以下两个方面 ? 化学因素 ? 光学因素
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（一）化学因素
? Beer 定 律 适 用 的 另 一个前提：稀溶液
? 浓度过高会使 C 与 A 关系偏离定律
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2、吸收光谱 （吸收曲 线） :以波长 λ为横坐标，
吸光度A为纵
坐标作图，得 到的吸收曲线。
λ-A曲线
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吸收曲线的讨论
（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸 光度最大处对应的波长称为最大吸收波长 λmax （2）不同物质的吸收曲线形状和 λmax不同。 （3）吸收曲线作为物质定性分析的依据之一。
I0＝Ia+It
Ia
T＝It/I0 A ? ? lgT
?lgI0I0ItIt
Lambert 定律， A=k1b
Ir
b
Beer定律，A=k2 c
朗伯－比尔定律： A＝kbc A = ε bc
ε ：摩尔吸光系数，单位为 L·mol-1·cm-1。
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Lamber-Beer定律的适用条件
物化实验课件-样品漫反射吸收光谱的测定
形成吸收带：
电子跃迁时不可避免要同时发生振动能级和转 动能级的跃迁。
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2. 液体吸收光谱
透光度：T= I / I0
单色光 I0
I
吸光度：A=lgT-1=lg(I0/I) 透射光谱：T~ 图
吸收光谱：A~ 图 max Amax
（Absorbance），谱线的峰值为吸收带位置。 % 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）
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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)
10倍
10~100倍
5eV
250nm
± 0.1eV ±0.005eV
± 5nm
± 0.25nm
J
J=±1 V=±1 n=±1 J=±1 V=±1 J=±1
n
V
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量子解释（3）
物质对光呈现选择吸收的原因：
单一吸光物质的分子或离子只有有限数量的量 子化能级的缘故。
选择吸收的性质：
n*
n*
max ﹤﹤190nm ≈﹥200 nm ﹥200nm（S,N,Br,I） ～300nm
max 较强带
强带
﹤190nm (O,Cl)
更弱带
(共轭时，红移 )
弱带
杂环时，较强带
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有机物（* ，* ， n* ， n* ）
说明一：含O、Cl有机物， 常用作紫外吸收光谱测量的溶剂
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2. 测量方式：比较法
紫外-可见分光光度法 PPT课件
若化合物在某波长处有强的吸收峰，而所含杂质在该波长处 无吸收或吸收很弱，则化合物的吸光系数将降低，若杂质在
该波长有比此化合物更强的吸收，将会使化合物的吸光系数
增大，且会使化合物的吸收光谱变形。（举一个间接的例子
吧，前一段时间快检车抽到一批吗叮啉，红外快检认定是假
药，送到所里以后，我们用薄层法做了一下，发现样品也显
百分吸收系数 377
吸收度值 277nm 0.461
0.461×0.2609×100.00×200.00
含量=-----------------------------------×100%=96.97%
377×0.0658×5.00×0.2×100
二、多组分定量测定 解线性方程组法 等吸收双波长消去法 系数倍率法 导数光谱法
面神经麻痹的病理变化早期主要为面神经水肿髓鞘和轴突有不同程度的变性以在茎乳突孔和面神经管内的部分尤为显著w五测定时除另有规定外应以配制供试品溶液的同批溶剂为空白对照测定吸光度实际上是透光率而在测定光强弱时不只是由于被测物质的吸收所致还有溶剂和容器的吸收光的色散和界面反射等因素都可使透射光减弱用空白对照可排除这些因素的干扰
由上图可以看出吸收光谱的特征： ⑴曲线上“A”处称最大吸收峰，它所对应的波长称 最大吸收波长，以λmax表示。 ⑵曲线上“B”处有一谷，称最小吸收，所对应的波 长，称最小吸收波长，以λmin 表示。 ⑶曲线上在最大吸收峰旁边有一小峰“C”，形状像 肩的部位，称肩峰，以λsh表示。
⑷在吸收曲线的波长最短的一端，曲线上“D”处， 吸收相当强，但不成峰形，此处称为末端吸收。
利用物质的吸收光谱进行定量、定性及结构 分析的方法称为吸收光谱分析法。紫外－可 见吸收光谱是一种分子吸收光谱，它是由于 分子中原子的外层电子跃迁而产生的。
UV-Vis DRS光谱及其在催化剂表征中的应用ppt课件
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。
论述UV-Vis原理及应用概述.ppt
.精品课件.
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.精品课件.
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4. 吸收带(absorption band)
在紫外光谱中，吸收峰在光谱中的波带位 置称为吸收带。根据电子跃迁及分子轨道 的种类，可将吸收带分为四种类型。在解 析光谱时，可以从这些吸收带的类型推测 化合物的分子结构。
.精品课件.
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4.1 R带
取自德文： radikal（ 基团），它是由n→π* 跃迁产生的吸收带，是含杂原子的不饱和基 团，如C=O、—NO2、—NO、—N＝N—等 发色团的特征。
.精品课件.
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3.5 吸收光谱
又称吸收曲线，以波长λ（nm）为横坐标，以吸光 度A或吸收系数ε为纵坐标。
光谱曲线中最大吸收峰所对应的波长相当于跃迁时 所吸收光线的波长称为λmax。和λmax相应的摩尔吸 收系数为εmax。εmax>104的吸收峰为强带。 εmax<103 的吸收峰为弱带。
曲线中的谷称为吸收谷或最小吸收(λmin)，有时在曲 线中还可看到肩峰（sh）。
210～250nm（随着共轭双键的增加，吸收峰 红移）
② 跃迁的几率大，吸收强度大，ε>104
.精品课件.
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CH2=CHCH= CH2 λmax=217nm ε max=104
CH3-CH=CH-CHO λmax=217.5nm ε max=1.5× 104 在芳香环上如有发色团取代时，也会出现K带。 苯乙烯λmax=248nm ；ε max=1.4 × 104 ；K带 苯甲醛λmax=249nm ；ε max=1.1 × 104 ； K带
1）与其它光谱分析方法相比，其仪器设备 和操作都比较简单，费用少，分析速度 快;
2）灵敏度高（10-4～10-7g/ml） 3）选择性好; 4）精密度和准确度较高; 5）用途广泛
紫外固体样品测定
紫外可见分光光度计固体样品测定培训1、固体样品的测定1-1、测定方法种类････････････････････････････････････････････････････････ 1 2、固体样品的透射测定2-1、透射测定的种类･････････････････････････････････････････････････････ 2 2-2、直线透射测定方法･････････････････････････････････････････････････････ 32-3、全透射测定方法･･･････････････････････････････････････････････････････ 72-4、散射透射测定･･･････････････････････････････････････････････････････113、固体样品的反射测定3-1、反射测定的种类･････････････････････････････････････････････････････15 3-2、不含镜面反射的漫反射测定方法･･･････････････････････････････････173-3、含镜面反射的漫反射反射测定方法･････････････････････････････････233-4、绝对反射测定方法(绝对镜面反射测定) ･････････････････････････････････293-5、镜面反射测定方法(相对镜面反射测定) ･････････････････････････････････354、固体样品的其她测定(附录)4-1、色彩测定･･････････････････････････････････････････････････････････････394-2、膜厚测定･･････････････････････････････････････････････････････････････401、 固体样品的测定主要用于溶液样品测定的紫外可见分光光度计,在测定固体样品时,有若干必须使用的附件以及应注意的事项。
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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 S
12
//
∞∞
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。
νλ
E=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-1
λ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。
五、讨论题
1.简述紫外-可见漫反射的基本原理；
2.带隙计算时应注意什么问题？
六、实验仪器和样品
仪器：UV-3600紫外可见近红外分光光度计
样品：半导体固体样品
附：
（一）UV-3600紫外可见近红外分光光度计
紫外可见分光光度计是每个化学分析实验室必备的常用仪器设备之一，在各种定量和定性分析中得到了广泛的应用。
岛津的紫外可见分光光度计产品线非常丰富，从最普通的单光束分光光度计到测量范围可以扩展到深紫外、近红外区域的UV－VIS－NIR分光光度计。
近年来，随着光学材料的发展，对近红外波段的反射和透过的测量也越来越重视。
岛津UV－3600是世界领先的高性能的紫外可见近红外分光光度计，性能卓越。
主要结构：光源，单色器，吸收池（或积分球），检测装置，显示记录五大部分。
UV-3600分光光度计光路图
主机特点：
高灵敏度－世界独一无二的三检测器系统
光电倍增管（PMT）用于紫外区和可见区；InGaAs和PbS检测器用于近红外区。
InGaAs 检测器覆盖了光电倍增管和PbS检测器的薄弱范围，保证了整个测量范围的高灵敏度。
I n G a A s
R e f e r e n c e B e a m
P b S
S a m p l e B e a m
P M T
丰富的附件选择：
多用途的大样品室和积分球可以进行固体样品的测试，使用绝对反射附件可以进行绝对
反射率的测定，另外还有多种恒温池架和超微量池架以及自动进样器可供选择，测定多种类型的样品。
技术参数：
测试波长范围：185-3300nm
分辨率：0.1nm
谱带宽度：
UV/Vis: 0.1/ 0.2/ 0. 5/ 1/ 2 / 3/5/8nm 8段转换
NIR: 0.2, 0.5, 1, 2, 3, 5, 8, 12, 20, 32nm 10段转换
检测器：光电倍增管/ InGaAs /Cooled PbS
杂散光：
0.00008%T以下(220nm,NaI 10g /L溶液);
0.00005%T以下(340nm, NaNO2);
0.0005%T以下(1420nm,水);
0.005%T以下(2365nm,氯仿);
（二）操作步骤：
1.环境条件
环境温度20℃~25℃.相对湿度≤75%. 实验室旁边三米内无明显的振动源或在实验台旁设置防震沟. 无直射光照. 防潮,防尘和防腐蚀性气体.暂不使用是罩上防尘罩.
2.仪器准备
(1)打开显示器和计算机电源启动计算机，打开分光光度计电源。
(2)双击桌面上的UVProbe 图标，打开软件UVProbe。
(3)点击分光光度计键条上的Connect 按钮，链接设备，然后系统开始自检，自检完成后点击OK。
静等20min待机器温度稳定进入可测量状态。
(4)基本设定
点击常用工具栏上Method 按钮，打开Spectrum Method 对话框，在Measurement 标签下按图纸要求选择波段（Wavelength Range），一般比规定的波段前后多测量50nm；
在Instrument Parameters 标签下，Measuring Mode 选择Absorbancy（Reflectance）；Slit 选择（20）；DetectorUnit 选择External。
完成后点击确定。
3. 走基线
请BaSO4标准样品池放在大样品中，点击下方分光光度计键条上的Baseline 按钮走基线，在弹出的框选择需要的波段（Wavelength Range），默认和设置时的波段相同，然后点击确定使机器自动测量基线，基线测量完毕后光栅回位。
4.粉末样品的漫反射测试
将待测样品放在大样品室的测试位置，点击分光光度计键条上的Start 键开始测量。
5.数据保存
点击“文件”菜单，选择“另存为”，输入文件名，文件类型为txt。
6.数据处理
将数据导入到Origin软件进行进一步处理，获得相应的信息。