漫反射光谱详解演示文稿
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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。
光的镜面反射和漫反射ppt
漫反射与镜面反射都遵守光的反射定律
反射玻璃充分利用自然光；遍布厂 内的通风口组成大型通风系统
各个方向都能看清黑板上 的字
总结
反射分类 相同点 镜面反射 漫反射 镜面反射和漫反射都遵守光的反射定律．
不 ①反射面不同 同 ②反射光方向不同 点 ③人的感觉不同
平整光滑 特定方向有反射光束，其他方 位则没有 迎着反射光看很刺眼，常说反 光；其他方位看不见，或不明 显 ①黑板反光②平面镜成像、玻 璃板成像③平静的水面
粗糙不平 各个方向都有反射光，没 有光线集中的反射方向 各个方向都能看清
实例
①各个方向都能看清黑板 上的字②电影屏幕用布而 不用玻璃③一般非光滑物 体
光的反射复习
我们看到物体的原因？ 光的反射定律？
对光发射的进一步探究
请看下面的图片！
镜面反射与漫反射
镜面反射—— 平行光射到光滑的物体表面， 光滑的物体表面 镜面反射—— 平行光射到光滑的物体表面，反射光线 仍然是平行的，这种反射叫做镜面反射 镜面反射。 仍然是平行的，这种反射叫做镜面反射。 漫反射—— 平行光射到粗糙的物体表面， 粗糙的物体表面 漫反射—— 平行光射到粗糙的物体表面，反射光线 是向着四面八方的，这种反射叫做漫反射 漫反射。 是向着四面八方的，这种反射叫做漫反射。
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
镜面反射与漫反射镜面反射PPT课件
N
平面镜
3.实验探究
A
法线
B
N
ir
OM
入射光线AO,反射光线OB,法线ON,
入射角∠ i,反射角∠r ∠r = ∠i
（1）.让纸板的右半面绕法线ON缓缓转动，
还能
看到反射光线吗？
F
E
N
O M
F
E
N
M O
结论一：入射光线与反射光线、法线在同一平面
（2）.改变入射光线的方向，观察反射光线 方向的变化
E
Байду номын сангаас
N
F
30 °30 °
OM
E
N
F
60 ° 60 °
OM
结论二：入射光线和反射光线分居法线两侧 反射角等于入射角。
在上面的实验中，如果让光逆着反射光的方向射 到镜面，那么，它被反射后就会逆着原来的入射 光的方向射出。这表明：在反射现象中，光路可 逆。
E
N
F
60 ° 60 °
OM
4.光的反射定律总结
1、认识了解 2、提出问题 3、猜想与假设 4、实验探究 5、实验总结
1.光反射中的名词解释
入射点：（O）入射光线与镜面上的接触点 法线:（ON）通过入射点与镜面垂直的直线 入射角：（α）入射光线与法线的夹角 反射角：（β）反射光线与法线的夹角
2.问题:
我们看到的光的反射现象可能遵循什么规律呢？
（三线共面）反射光线、入射光线和法线在同一 平面内，简称三线共面
（法线居中）反射光线和入射光线分居法线两侧
（两角相等）反射角等于入射角
在反射现象中，光路可逆（生活实例：如果你在一块平 面镜中看到了一位同学的眼睛 ，那么，这位同学也一 定会通过这面镜子看到你的眼睛。）
平面镜
3.实验探究
A
法线
B
N
ir
OM
入射光线AO,反射光线OB,法线ON,
入射角∠ i,反射角∠r ∠r = ∠i
（1）.让纸板的右半面绕法线ON缓缓转动，
还能
看到反射光线吗？
F
E
N
O M
F
E
N
M O
结论一：入射光线与反射光线、法线在同一平面
（2）.改变入射光线的方向，观察反射光线 方向的变化
E
Байду номын сангаас
N
F
30 °30 °
OM
E
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OM
结论二：入射光线和反射光线分居法线两侧 反射角等于入射角。
在上面的实验中，如果让光逆着反射光的方向射 到镜面，那么，它被反射后就会逆着原来的入射 光的方向射出。这表明：在反射现象中，光路可 逆。
E
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60 ° 60 °
OM
4.光的反射定律总结
1、认识了解 2、提出问题 3、猜想与假设 4、实验探究 5、实验总结
1.光反射中的名词解释
入射点：（O）入射光线与镜面上的接触点 法线:（ON）通过入射点与镜面垂直的直线 入射角：（α）入射光线与法线的夹角 反射角：（β）反射光线与法线的夹角
2.问题:
我们看到的光的反射现象可能遵循什么规律呢？
（三线共面）反射光线、入射光线和法线在同一 平面内，简称三线共面
（法线居中）反射光线和入射光线分居法线两侧
（两角相等）反射角等于入射角
在反射现象中，光路可逆（生活实例：如果你在一块平 面镜中看到了一位同学的眼睛 ，那么，这位同学也一 定会通过这面镜子看到你的眼睛。）
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。
漫反射光谱(DRS) PPT
光谱
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)，光谱吸收带边位置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。
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。
● Kubelka—Munk 方程式（漫反射定律）
F (R )K/S1 2R R 2
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。
漫反射光谱(DRS)
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， 表现为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）。
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！
● 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。
漫反射光谱(DRS)
Characterization and catalytic properties of tin-containing mesoporous silicas prepared by different methods
29
Fig. 6 shows the UV–vis diffuse reflectance spectra of the
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，
different tin-containing MCM-41. For all G samples, the spectrum is mainly composed of a very intense absorption at 220 nm, in agreement with a tetrahedrally coordinated tin. For high tin loadings, a small shoulder, characteristic of
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 )
29
Fig. 6 shows the UV–vis diffuse reflectance spectra of the
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，
different tin-containing MCM-41. For all G samples, the spectrum is mainly composed of a very intense absorption at 220 nm, in agreement with a tetrahedrally coordinated tin. For high tin loadings, a small shoulder, characteristic of
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 )
漫反射光谱(DRS)分析PPT文档共34页
42、只有在人群中间，才能认识自 。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
漫反射光谱(DRS)分析
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
漫反射光谱(DRS)分析
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
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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。
● Kubelka—Munk 方程式（漫反射定律）
2
2 R
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。
漫反射光谱详解演示文稿
优选漫反射光谱
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！
● 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。
这种红移趋势说明如下。由图1、图2可知，随着烧结温度 的升高，一方面，样品的晶粒尺寸有所增大．当烧结温度低于 400℃时，晶粒的增长平缓且尺寸较小，高于400℃时，晶粒 的增大明显且尺寸较大，由尺寸量子效应理论可知，当纳米材 料的粒径越小，其带隙越宽．尺寸量子效应就越明显．这和在 烧结温度低于400℃时，TiO2样品吸收带边红移量较大，高于 400℃时，变化比较平缓的现象相一致，表明烧结温度较低的 样品具有显著的尺寸量子效应。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(3．0eV)比 锐铁矿的TiO2(3．2ev)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365nm 处的表现吸光度(用FR值表示)与烧结温度的关系示于图4曲线 (2)。可以看出，其变化在400℃处有一个极大值，烧结温度低 于400℃的样品，表现吸光度随烧结温度的升高而增强，在 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
In Situ Cell & Integrating Sphere
两种测量方式：代替法, 比较法
检测器 入射光
检测器
样品
入射光
参比 样品
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）
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。
● 漫反射光谱的表达
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。
LogF (R )
LogK
LogS
Log
1 R
2R
2
1
R
1
K S
-
K2 S 2
2K S
2
R∞- 反射率
可以有多种曲线形式表示。
横坐标：波数(cm-1)，波长（nm)
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 BaSO4, 现在多用BaSO4作标准。
MgO的光谱
BaSO4的光谱 reflects well in range 335 – 1320 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）
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。
● 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。
光谱
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)，光谱吸收带边位置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。
2.比比谁的 手更白！
你能猜出每条反射曲线对应 的是哪只手吗？
B
A C
右上图：手背皮肤的紫外可见漫 反射曲线
左下图：上图所测曲线的各个“样 品”
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。
• 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．
2.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
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)。
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 )
• 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