漫反射光谱学
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
粉体材料漫反射光谱测试实验
东南大学材料科学与工程实验报告学生姓名XXX 班级学号XXX 实验日期2013.9.28 批改教师课程名称材料性能测试（1）批改日期实验名称粉体材料漫反射光谱测试实验报告成绩一、实验目的：1、了解固体材料光吸收机制。
2、掌握粉体材料漫反射光谱的测试方法。
二、实验原理当光透过固体材料时，由于光与固体中的电子、原子（离子）间的相互作用，可以发生光的吸收。
从微观过程来考虑，固体的吸收可能来自带间吸收（本征吸收）、晶格振动吸收、自由电子吸收、激子吸收、杂质吸收、缺陷吸收等过程。
光吸收率是材料的一个基本参数，其测量对材料的实际应用无疑很重要。
另外，研究固体的光吸收，可以直接获得有关电子能带结构、杂质缺陷态、原子的振动等等多方面的信息。
因此，光吸收率的测试对于工业实际应用和科学研究均具有重要的意义。
通常晶体和薄膜的吸收率可通过透射谱的测量获得。
但粉体材料由于强烈光散射，常采用漫反射谱的测量来分析其光吸收特性。
漫反射光谱通常采用紫外--可见--近红外分光光度计并结合积分球来测试，其测试原理如下图所示光源的光经过单色仪筛选出某一波长的单色光，照射进积分球的样品表面，漫反射光经积分球收集后，由光探测记录光强。
通过与标样（无吸收，反射率100%）对比，反射率下降即由样品的吸收所引起，从而可以间接给出粉体材料内部的光吸收特性。
三、实验设备与材料Cary5000紫外-可见-近红外分光光度计、积分球、样品池、药匙、WO3.四、实验内容及步骤1、将待测样品装入样品池；2、先将参比样品放置在测试位置，关闭样品盖子，开启电脑，仪器初始化；3、点击桌面“Cary WinUV”项，弹出窗口中点击“Scan”；4、在Scan测试窗口内，点击“设置”按钮，设计参数；5、选择“基线”按钮，进行基线矫正。
移走参比标准样品，盖好样品仓盖子，进行零点矫正；6、放入样品，开始测试，存储文件（选择需要的类型）；7、测试完毕，将参比标准样品放回测试位置，关闭样品仓盖子，关闭电脑和仪器。
紫外漫反射光谱原理
紫外漫反射光谱原理1. 引言紫外漫反射光谱是一种重要的光谱分析技术，广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
它利用紫外光的特性，通过对材料表面的反射和吸收行为进行测量和分析，提供有关材料结构和化学性质的重要信息。
2. 紫外光与可见光谱紫外光是可见光谱的一部分，位于可见光谱的短波端。
其波长通常在10-400纳米之间。
与其他可见光谱相比，紫外光具有较高的能量，能够激发某些材料的电子跃迁，产生特定的光谱特征。
3. 漫反射与光谱学漫反射是指光在物体表面以各种角度反射的现象。
当光线照射到材料表面时，一部分光线会被吸收，一部分光线会被反射。
漫反射光谱学就是研究光在材料表面的反射行为与材料性质之间的关系。
4. 紫外漫反射光谱的原理当紫外光照射到材料表面时，如果材料对紫外光的吸收性能不同，就会产生不同的漫反射光谱。
通过对这些光谱的测量和分析，可以推断出材料的分子结构和化学性质。
例如，不同的分子结构对紫外光的吸收能力不同，因此可以通过测量紫外漫反射光谱来判断材料的种类和化学组成。
5. 实验方法与设备进行紫外漫反射光谱实验需要使用专业的光谱仪。
这些设备通常包括光源、样品台、单色仪、光电倍增管、数据采集和处理系统等部分。
在实验过程中，将样品放置在样品台上，调整光源的角度和单色仪的波长，然后记录样品在不同波长下的漫反射光谱。
6. 数据处理与分析实验完成后，需要对收集到的数据进行处理和分析。
这包括对光谱进行基线校正、背景消除、峰位和峰强度的测量等。
通过对这些数据的分析，可以推断出材料的分子结构和化学性质。
例如，可以根据峰位和峰强度判断材料的种类和化学组成。
7. 应用领域与实例紫外漫反射光谱技术在多个领域都有广泛的应用。
例如，在材料科学领域，可以通过测量材料表面的漫反射光谱来判断材料的种类和化学组成；在化学领域，可以通过测量化合物的漫反射光谱来判断化合物的分子结构和化学性质；在生物学领域，可以通过测量生物分子的漫反射光谱来判断生物分子的结构和功能。
漫反射光谱学
第13章漫反射光谱学José Torrent and Vidal Barrón, University of Córdoba, Spain翻译：胡鹏翔 校对：姜兆霞土壤各组分和入射光之间的相互作用决定了土壤的外观。
颜色和土壤外观的其他属性敏感地反应了土壤性质，各组分比例，颗粒大小，形态以及土壤矿物和有机质的空间结构。
事实上，用土壤颜色来获得土壤性质信息，从而描述区分土壤类型的研究已有75年的历史。
1949年美国土壤勘测计划和1959年国际土壤学会应用Munsell符号建立了描述土壤颜色的标准方法（1949年，美国土壤勘测计划利用Munsell标记法建立了描述土壤颜色的标准方法，10年后，该方法被国际土壤学会采用。
）。
之后，土壤学家开始广泛利用Munsell土壤比色表。
然而，由于各种心理学和物理学因素，视觉上对土壤颜色的估计很容易产生本质上的错误。
因此，色度计和分光光度计作为准确和精确测量土壤颜色的方法，被科学家所广泛接受。
与此同时，不同类型分光光度计的使用可以从不同角度来阐述光照下土壤反射光谱的特性。
反射系数，即反射辐射通量（能量）和入射辐射通量（能量）之间的比值，是描述反射过程的基本参数（Wyszecki and Stiles, 1982）。
一般来说，土壤在任何波长下的反射都由两部分组成：镜面反射（定向反射）和漫反射（不定向反射）。
反射系数的野外测量通常在相对较大的面积上进行的（>10cm2）。
因此，无论是镜面反射还是漫反射对土壤表面的总反射都有贡献，贡献的大小取决于土壤的颗粒大小，结构，微地貌和其他属性，这些属性称为土壤的表面状态（Escadafal, 1989）。
然而在实验室中，土壤反射系数的测量是在相对小的面积上进行（<10cm2），测量使用的土壤也经过了研磨过筛。
此时，漫反射系数占主导地位，而它主要和土壤的组成有关。
本章介绍了实验室中记录土壤漫反射光谱的方法以及如何运用已有信息来识别土壤矿物。
(完整版)浅谈原位漫反射傅立叶变换红外光谱
浅谈原位漫反射傅立叶变换红外光谱漫反射傅立叶变换红外光谱（DRIFTS）是近年来发展起来的一项原位（in situ)技术，通过对催化剂上现场反应吸附态的跟踪表征以获得一些很有价值的表面反应信息，进而对反应机理进行剖析，已在催化表征中日益受到重视。
该表征技术适合于固体粉末样品的直接测定以及材料的表面分析。
将漫反射方法,红外光谱与原位红外技术结合，试样处理简单，无需压片，并且不改变样品原有形态，所以较之其他原位红外方法更容易实现在各种温度,压力和气氛下的原位分析。
1实验原理与装置原位漫反射红外光谱的实验系统一般由漫反射附件、原位池、真空系统、气源、净化与压力装置，加热与温度控制装置、FTIR光谱仪组成。
在红外光谱仪样品室加装一个漫反射装置，将装好样品的原位池置于其中，调整漫反射装置，使样品上的漫反射光与主机的光路匹配，以实现漫反射测量。
原位池可在高温、高压，高真空状态下工作。
图1所示为漫反射红外装置的光路图。
光谱仪光源发出的红外辐射光束经一椭圆镜会聚在样品表面并在内部进行折射、散射、反射和吸收，当这部分辐射再次穿出样品表面时，即是被样品吸收所衰减了的漫反射光。
如图2所示。
图3为漫反射原位池结构示意图，图4为热电公司红外的漫反射附件实物图图1 图2图3图4目前原位红外漫反射方面国内做的最好是大连化物所的辛勤老师，自行设计出一套漫反射红外装置。
利用该装置在催化反应机理推导方面研究出很多有意义的结果。
2.实验操作开机前需要更换干燥剂，装好液氮先对检测器冷却，依次打开电脑、仪器、软件并检查各项参数是否在指定范围内，根据需要设置扫描次数、分辨率、纵坐标。
对于智能型有的参数一般是不需要更改设置的。
调节样品池高度使探测器接收到的能量最大(粗调），然后将所测固体粉末样品装入样品池中，刮平样品表面,装上窗体,再调节样品池高度（细调），保证光正好打在样品上。
样品颗粒越细越好，这样得出的谱图会更精细。
对于深色样品不利于测样可以掺入溴化钾稀释。
漫反射和吸收光谱
漫反射和吸收光谱
漫反射和吸收光谱是两种研究物质与光交互作用的光谱学技术。
1. 漫反射光谱：
漫反射是光线遇到粗糙表面或材料时，由于表面的不规则形状，导致光线在不同方向上以散射的方式反射。
在漫反射光谱技术中，光线通过样品后，被探测器测量。
这种技术通常用于固体样品或散粉状物质，如矿石、矿物、涂料等。
漫反射光谱不需要样品的预处理，因此非常方便和广泛应用于许多实验室和工业应用。
2. 吸收光谱：
吸收光谱是一种测量物质对特定波长光的吸收程度的光谱学技术。
在吸收光谱中，样品通过光束，样品中的分子或原子吸收特定波长的光能量，使得光的强度降低。
这种技术常用于分析液体和气体样品，如在分析化学、环境监测和生化研究等领域广泛应用。
漫反射光谱和吸收光谱的主要区别在于它们适用的样品类型和测量原理。
漫反射光谱适用于固体样品和粉末，而吸收光谱适用于液体和气体样品。
此外，漫反射光谱测量的是光线散射后的强度，而吸收光谱测量的是光线通过样品后被吸收的能量。
这两种技术在物质分析和研究中都有广泛的应用。
1/ 1。
天然牧草营养成分评定及近红外漫反射光谱定量分析
天然牧草营养成分评定及近红外漫反射光谱定量分析天然牧草作为畜禽饲料的重要组成部分，对于畜禽的健康生长和高效生产具有至关重要的作用。
因此，对天然牧草的营养成分进行评定和分析是非常重要的。
近年来，近红外漫反射光谱技术在农业领域中得到了广泛应用，成为一种快速、无损、可靠的分析方法。
近红外漫反射光谱技术的基本原理是利用物质在近红外波段的光谱特性来分析物质的化学组成。
通过测量和分析天然牧草的近红外漫反射光谱，可以准确地定量分析天然牧草的营养成分。
天然牧草的营养成分主要包括粗蛋白质、纤维素、酸性洗涤纤维素、中性洗涤纤维素、酸性洗涤纤维等。
其中，粗蛋白质是天然牧草中的重要营养成分之一。
粗蛋白质是构成细胞、组织和器官的基本单位，对细胞分裂、生长和修复起着重要作用。
通过近红外漫反射光谱技术，可以高效地定量分析天然牧草中粗蛋白质的含量。
纤维素是天然牧草中的另一个重要营养成分。
纤维素具有促进消化道蠕动、增加食物容积和维持肠道健康的作用。
通过近红外漫反射光谱技术，可以准确地评估天然牧草中纤维素的含量。
酸性洗涤纤维素和中性洗涤纤维素是天然牧草中的主要纤维素组分。
酸性洗涤纤维素是容易被细菌降解的纤维素，而中性洗涤纤维素则难以被细菌降解。
通过近红外漫反射光谱技术，可以对天然牧草中酸性洗涤纤维素和中性洗涤纤维素的含量进行定量分析，从而评估其对畜禽消化道的影响。
通过近红外漫反射光谱技术对天然牧草的营养成分进行评定和分析，可以实现快速、准确地获得牧草的相关信息。
这对于畜禽养殖企业进行有效的饲料配方、合理的饲喂管理以及提高畜禽生产效益具有重要意义。
此外，近红外漫反射光谱技术还具有非常好的实时性和非破坏性，可以实现在线监测和控制，为畜禽养殖提供技术支持。
总之，天然牧草营养成分评定及近红外漫反射光谱定量分析是一项重要的研究领域。
近红外漫反射光谱技术通过快速、无损、可靠的分析手段，为天然牧草的营养成分评估提供了有效的工具和方法。
未来，我们还可以进一步深入研究天然牧草的营养成分与畜禽生产性能之间的关系，以更好地指导畜禽养殖业的发展综上所述，近红外漫反射光谱技术在天然牧草营养成分评定和定量分析中具有重要的应用价值。
原位漫反射傅里叶变换红外光谱数据处理方法
原位漫反射傅里叶变换红外光谱数据处理方法原位漫反射傅里叶变换红外光谱（In Situ DRIFTS，即Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy）是一种广泛应用于表面化学、催化科学和材料科学等领域的方法，它能够实时监测固体样品表面的化学反应过程。
在DRIFTS实验中，采集的数据需要经过一系列处理步骤以提取有用信息：1. 干涉图获取与预处理：- 通过傅立叶变换红外光谱仪收集样品的漫反射干涉图数据。
- 对原始干涉图进行平滑处理、背景扣除（如暗电流背景或大气背景）、以及可能的噪声消除。
2. 傅里叶变换：- 应用傅里叶变换将时域中的干涉图转换为频域中的光谱图，从而得到吸收峰的位置和强度信息。
3. 校正与归一化：- 进行光学常数修正（如Kramers-Kronig关系）来确保数据的准确性和完整性。
- 对漫反射信号进行必要的归一化处理，例如基于漫反射理论模型进行基线校正或采用绝对或相对参考标准进行校准。
4. 峰识别与定量分析：- 根据光谱特征识别特定官能团或化合物的吸收峰，并结合文献或数据库比对确定化学物种。
- 利用积分面积法、峰值高度法或峰面积归一化法进行定量分析。
5. 时间序列分析：- 在原位实验中，连续记录不同反应阶段的红外光谱，进行时间序列分析，跟踪反应过程中物种浓度变化或新物种生成情况。
6. 多变量分析技术：- 应用偏最小二乘回归（PLSR）、主成分分析（PCA）等多变量统计方法解析复杂体系中的相互作用和结构演变。
7. 动力学分析：- 对随时间变化的光谱数据进行动力学建模，获得反应速率常数、活化能等动力学参数。
通过以上数据处理方法，研究人员可以深入了解催化剂表面吸附物种的行为、反应中间体的存在以及产物形成过程，从而揭示复杂的表面化学反应机制。
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。
浅谈原位漫反射傅立叶变换红外光谱
浅谈原位漫反射傅立叶变换红外光谱漫反射傅立叶变换红外光谱(DRIFTS)是近年来发展起来的一项原位（in situ)技术,通过对催化剂上现场反应吸附态的跟踪表征以获得一些很有价值的表面反应信息，进而对反应机理进行剖析，已在催化表征中日益受到重视.该表征技术适合于固体粉末样品的直接测定以及材料的表面分析。
将漫反射方法，红外光谱与原位红外技术结合，试样处理简单，无需压片，并且不改变样品原有形态，所以较之其他原位红外方法更容易实现在各种温度,压力和气氛下的原位分析。
1实验原理与装置原位漫反射红外光谱的实验系统一般由漫反射附件、原位池、真空系统、气源、净化与压力装置，加热与温度控制装置、FTIR光谱仪组成。
在红外光谱仪样品室加装一个漫反射装置，将装好样品的原位池置于其中，调整漫反射装置，使样品上的漫反射光与主机的光路匹配，以实现漫反射测量。
原位池可在高温、高压,高真空状态下工作。
图1所示为漫反射红外装置的光路图。
光谱仪光源发出的红外辐射光束经一椭圆镜会聚在样品表面并在内部进行折射、散射、反射和吸收，当这部分辐射再次穿出样品表面时,即是被样品吸收所衰减了的漫反射光。
如图2所示。
图3为漫反射原位池结构示意图，图4为热电公司红外的漫反射附件实物图图1 图2图3图4目前原位红外漫反射方面国内做的最好是大连化物所的辛勤老师，自行设计出一套漫反射红外装置.利用该装置在催化反应机理推导方面研究出很多有意义的结果。
2.实验操作开机前需要更换干燥剂，装好液氮先对检测器冷却，依次打开电脑、仪器、软件并检查各项参数是否在指定范围内，根据需要设置扫描次数、分辨率、纵坐标.对于智能型有的参数一般是不需要更改设置的。
调节样品池高度使探测器接收到的能量最大（粗调），然后将所测固体粉末样品装入样品池中,刮平样品表面，装上窗体,再调节样品池高度（细调），保证光正好打在样品上。
样品颗粒越细越好，这样得出的谱图会更精细。
对于深色样品不利于测样可以掺入溴化钾稀释。
漫反射光谱原理
漫反射光谱原理
漫反射光谱原理是指光线照射到物体表面时，光由于物体表面的粗糙度或材料的非均匀性而发生散射的现象。
在这种散射过程中，不同波长的光以不同的角度散射出去，形成一种特定的波长分布，即漫反射光谱。
漫反射光谱可以用来研究物体的颜色、材料成分、结构特征等信息。
当白光照射到物体表面时，物体会吸收部分光的能量，而反射出来的光则包含了物体表面所具有的颜色信息。
根据物体表面的不同特性，不同波长的光会以不同的强度散射出来，形成一个光强分布的谱。
漫反射光谱被广泛应用于材料科学、化学、生物医药等领域。
通过分析物体散射出的漫反射光谱，可以推断物体的颜色、成分、纹理、粗糙度等信息。
同时，漫反射光谱的研究还可以帮助人们了解光与物质的相互作用规律，为新材料的设计与制备提供理论指导。
总的来说，漫反射光谱原理是通过研究物体表面光的散射特性，得到一种特定的波长分布，用以分析物体的颜色、成分与结构等信息。
通过这种原理的应用，人们可以更深入地了解物质的性质与特征，为科学研究与实际应用提供有力支持。
半导体材料的紫外-可见漫反射光谱测定
半导体材料的紫外-可见漫反射光谱测定一、实验目的：1、配合半导体材料测试分析的教学，进一步理解紫外/可见分光光度计的基本原理、基本构造、特点和应用范围，掌握仪器的常用操作方法；2、掌握半导体材料的光学特性，特别是在紫外光区和可见光区的光学特性的检测方法，了解紫外-可见漫反射原理及积分球原理。
二、实验原理紫外-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，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-可见漫反射光谱可以测浑浊溶液、悬浊溶液、固体及固体粉末等，试样产生的漫反射满足Kublka-Munk方程式：(1-R∞)2/2R∞其中，K为吸收系数，S为散射系数，R =K/S∞为无限厚样品反射系数R的极限值，其数值为一个常数。
积分球的示意图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。
漫反射光是分析与样品内部分子发生作用以后的光，携带有丰富的样品结构和组织信息。
与漫透射光相比，虽然透射光中也负载有样品的结构和组织信息，但是透射光的强度受样品的厚度及透射过程光路的不规则性影响，因此，漫反射测量在提取样品组成和结构信息方面更为直接可靠。
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的反射系数高达98%，使得光在积分球内部的损失接近零。
由于信号光从散射层面发出后，经过了积分球的空间积分，所以可以克服漫反射测量中随机因素的影响，提高数据稳定性和重复性。
紫外-可见漫反射吸收曲线作为一种重要的手段，可以很好的表征半导体材料的能级结构及光吸收性能。
对于半导体材料而言，其带隙可以用下面的公式近似计算：E=h*C/λ其中：E 为禁带能h 为普朗克常数 = 6.626×10-34 C 为光速=3×10 J ●s8 λ为截止波长，待测m/s三、实验仪器和样品1. 岛津 UV-3101紫外分光光度计；2. 半导体测试样品：BiVO 4粉末，Bi 4V 2O 11粉末，Bi 2MoO 6粉末，TiO 2粉末（商用P25）。
利用紫外-可见漫反射光谱求禁带原理
利用紫外-可见漫反射光谱求禁带原理
禁带原理是固体物质中的电子理论，指的是电子在能带结构中的分布情况。
通过利用紫外-可见漫反射光谱，可以研究固体物质的能带结构，从而推导出禁带原理。
紫外-可见漫反射光谱是一种测量固体物质的光学性质的方法。
在该实验中，将一束紫外-可见
光照射在样品表面上，并测量反射光的强度与入射光的波长之间的关系。
根据禁带原理，固体中的电子分布在能量上是离散的，分为价带和导带。
价带中的电子处于较低的能级，导带中的电子处于较高的能级。
两个带之间的能量差称为禁带宽度。
根据紫外-可见漫反射光谱的结果，可以观察到固体材料在不同波长的入射光下反射的光强度。
根据禁带原理，当入射光的波长处于禁带宽度范围内时，固体材料无法吸收该波长的光，并将其反射出去。
因此，在禁带宽度范围内，光强度较高。
通过分析紫外-可见漫反射光谱数据，在禁带宽度附近的光谱区域，可以确定固体材料的禁带
宽度的范围和位置。
禁带宽度的大小和位置可以提供关于材料的电子能带结构以及导电性能的重要信息。
总而言之，在紫外-可见漫反射光谱的基础上，可以利用禁带宽度的分析，以求解禁带原理在
固体材料中的应用和解释。
这对于材料科学和半导体物理等领域的研究非常重要。
透射光谱法和漫反射光谱法
透射光谱法和漫反射光谱法
透射光谱法和漫反射光谱法都是用于分析物质的光谱学分析方法。
两种方法各有不同的应用场景和优缺点。
首先，透射光谱法是指通过固体、液体或气体物质的透射光谱来分析其组分、结构和性质的方法。
该方法将样品制成薄片或溶液，通过可见光或红外线等电磁波通过样品后得到透射光谱，并根据不同波长的光在物质中的传播特性得出分析结果。
该方法广泛用于分析常见的有机、无机和生物物质，如药物、塑料、金属等。
透射光谱法的优点是分析范围广，分析精度高、可靠性好，且仪器成本低廉；缺点是需要样品具有一定的透射性，不能应用于不透光的大部分物质，同时需要对样品制备和仪器使用技术要求较高。
其次，漫反射光谱法是指通过样品表面反射的光谱来分析物质特性的方法。
该方法将样品制成表面均匀的粉末，通过对样品表面进行散射光谱分析，得出分析结果。
该方法适用于分析无法制成透明薄片或溶液的样品，如矿物、土壤等。
漫反射光谱的优点是使用方便，不需要对样品进行任何处理，可适用于大部分样品；缺点是分析精度和可靠性较透射光谱法有一定差距，同时需要对样品均匀性和仪器使用技术要求较高。
综上所述，透射光谱法和漫反射光谱法各有其优缺点和适用场景。
在具体的样品分析过程中，可以根据样品性质、稳定性、可行性等方面选择不同的光谱分析方
法。
常见矿物药近红外漫反射光谱特征归纳与分析
常见矿物药近红外漫反射光谱特征归纳与分析结合前期研究工作，对51种不同阴离子类型的常见矿物药的近红外漫反射光谱（near infrared diffuse reflectance spectrometry，NIR）特征谱段进行归纳和解析，并参考矿物学和地质学文献，确定矿物类中药NIR 特征谱段的归属，为其NIR快速鉴别提供理论依据。
结果表明，矿物药的NIR特征主要在8 000～4 000 cm-1，归属于矿物药中所含的水、羟基（OH）及碳酸根[CO2-3]等基团。
水峰具有一定的规律性：一般结构水与OH基团在7 000 cm-1附近有组合峰，尖锐而强，结晶水在7 000，5 100 cm-1附近有2个强峰，吸附水只在5 100 cm-1附近有宽峰。
不同类型矿物药中水的存在形式不同，含量不同，水峰特征不同，据此可用于矿物药的鉴别。
硫酸盐类矿物药多含结晶水，硅酸盐类多含结构水，而碳酸盐类中以吸附水为主，因此，以阴离子类型对矿物药进行分类在NIR分析中具有合理性。
此外，由于某些矿物药所含的阳离子类型、杂质种类以及结晶性和晶型存在差异，在4 600～4 000 cm-1谱段存在专属性的NIR特征，主要可归属于AlOH，MgOH，FeOH，SiOH，[CO2-3]等基团的特征吸收。
煅制过的矿物药常伴随水分和主要成分的改变，其NIR特征亦发生变化，可用于其炮制过程的监测。
该文对NIR技术在矿物药分析中的适用性和局限性进行讨论：绝大部分矿物药具有明显的NIR特征谱段，可用NIR作为系统分析的主要方法，少数矿物药的NIR特征峰不明显，如紫石英、朱砂、雄黄等，可尝试应用拉曼光谱进行补充。
这将为矿物药质量控制提供参考。
标签：近红外漫反射光谱；矿物药；特征谱段；快速鉴别矿物类中药是传统中药（包括植物药、动物药和矿物药）的重要组成部分之一。
由于矿物的形态一般较为类似，一种矿物常伴生有其他矿物，所以矿物药（依据形态和成分）的鉴别较为困难，在市场中常有混淆品，加上其品种和用量少，研究较为薄弱，质量标准不够完善。
紫外可见漫反射光谱
紫外可见漫反射光谱引言光谱是研究物质结构及其性质的重要手段之一。
其中，紫外可见（UV-Vis）光谱是一种常用的分析技术。
它通过测量材料对紫外和可见光的吸收和散射来获取材料的信息。
在UV-Vis光谱中，除了吸收峰外，还存在着漫反射现象。
本文将重点探讨紫外可见漫反射光谱的原理和应用。
紫外可见光谱简介紫外可见光谱是将物质经过紫外和可见光的照射后，测量它们对光的吸收和散射的强度。
根据花费能量的不同，光谱分为紫外光谱（UV）和可见光谱（Vis）。
UV光谱范围从200纳米到400纳米，而可见光谱范围从400纳米到800纳米。
漫反射光谱的特点漫反射是当光射向一个粗糙的表面时，由于表面不规则，光在不同方向上发生散射而形成的现象。
漫反射光谱与吸收光谱不同，它不需要过滤器来选择特定波长，而是使用漫反射装置收集多个方向的散射光。
漫反射光谱的特点如下：1.宽波长范围：漫反射光谱在紫外和可见光范围都有效，可以用于分析不同波长下的材料。
2.高散射强度：由于漫反射现象的存在，漫反射光谱具有很高的散射强度，可以检测到很低浓度的样品。
3.无需样品处理：相比于吸收光谱需要样品溶解或稀释的处理，漫反射光谱可以直接对固体样品进行测量，简化了实验步骤。
紫外可见漫反射光谱的应用紫外可见漫反射光谱在许多领域都有广泛的应用。
下面列举了一些常见的应用领域：1.材料科学：漫反射光谱可以用于材料的质量控制和表征。
通过测量材料在不同波长下的散射光谱，可以分析材料的结构和成分。
2.化学分析：漫反射光谱可以用于分析化学物质的浓度和反应动力学。
通过测量反应体系中光的散射强度的变化，可以确定反应速率和反应物的浓度。
3.生物医学：漫反射光谱在生物医学领域中有广泛的应用。
例如，它可以用于检测细胞的活性和浓度，分析生物分子的结构和功能等。
4.环境监测：漫反射光谱可以用于环境监测和污染物检测。
通过测量大气中颗粒物的散射光谱，可以判断空气质量和环境污染程度。
实验方法进行紫外可见漫反射光谱的实验通常需要以下步骤：1.样品准备：将固体样品清洁并均匀地摊在样品台上，或用溶液将液态样品摊在样品台上。
漫反射光谱的吸收峰
漫反射光谱是一种光谱学技术，通常用于表征固体样品的光学性质。
与传统的吸收光谱不同，漫反射光谱测量的是样品对光的散射或反射。
因此，漫反射光谱中没有明确的吸收峰，而是反映了样品中的光散射特性。
漫反射光谱通常在可见光范围内进行测量，并用于分析物质的组成、结构和颜色等信息。
通过分析漫反射光谱，可以获得以下信息：
颜色：漫反射光谱可以用于定量分析样品的颜色特性，包括颜色的饱和度、亮度和色调。
组成：根据漫反射光谱的特征，可以推断样品中的不同化学成分。
不同化学物质对光的散射特性可能会不同，从而在光谱中产生不同的特征。
结构：漫反射光谱可以用于研究样品的微观结构，如晶体、颗粒大小和形状等。
虽然漫反射光谱本身没有吸收峰，但通过分析漫反射光谱的光谱特征和形状，可以获得有关样品的有用信息。
对于具体的样品和应用，可能需要与其他分析技术或数据处理方法相结合，以进一步解释光谱结果。
单质硫ν_(s-s)伸缩振动的漫反射红外光谱研究
单质硫ν_(s-s)伸缩振动的漫反射红外光谱研究单质硫是一种具有多种应用和特殊性质的元素，其分子中存在着S-S键。
该键的伸缩振动对应的红外光谱可以提供关于单质硫分子结构和构象的信息。
本文研究了单质硫的漫反射红外光谱，以了解其分子结构和振动特性。
实验使用的是漫反射红外光谱仪，样品为纯度较高的单质硫。
在样品吸收到红外线时，会发生S-S键的伸缩振动，导致红外光谱的吸收峰出现在大约450-480 cm^-1附近。
实验结果表明，单质硫分子中S-S键的伸缩振动是强烈的，其红外光谱有一个明显的吸收峰。
此外，由于单质硫分子的结构比较简单，红外光谱中没有其他的峰出现。
这些结果表明，单质硫可以通过漫反射红外光谱进行检测和分析，以了解其结构和振动特性。
总的来说，单质硫的漫反射红外光谱能够提供有用的信息，可以帮助科学家们更好地理解和应用这种特殊的元素。
未来，这种方法可能会被广泛应用于单质硫的研究和开发。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第13章漫反射光谱学José Torrent and Vidal Barrón, University of Córdoba, Spain翻译：胡鹏翔 校对：姜兆霞土壤各组分和入射光之间的相互作用决定了土壤的外观。
颜色和土壤外观的其他属性敏感地反应了土壤性质，各组分比例，颗粒大小，形态以及土壤矿物和有机质的空间结构。
事实上，用土壤颜色来获得土壤性质信息，从而描述区分土壤类型的研究已有75年的历史。
1949年美国土壤勘测计划和1959年国际土壤学会应用Munsell符号建立了描述土壤颜色的标准方法（1949年，美国土壤勘测计划利用Munsell标记法建立了描述土壤颜色的标准方法，10年后，该方法被国际土壤学会采用。
）。
之后，土壤学家开始广泛利用Munsell土壤比色表。
然而，由于各种心理学和物理学因素，视觉上对土壤颜色的估计很容易产生本质上的错误。
因此，色度计和分光光度计作为准确和精确测量土壤颜色的方法，被科学家所广泛接受。
与此同时，不同类型分光光度计的使用可以从不同角度来阐述光照下土壤反射光谱的特性。
反射系数，即反射辐射通量（能量）和入射辐射通量（能量）之间的比值，是描述反射过程的基本参数（Wyszecki and Stiles, 1982）。
一般来说，土壤在任何波长下的反射都由两部分组成：镜面反射（定向反射）和漫反射（不定向反射）。
反射系数的野外测量通常在相对较大的面积上进行的（>10cm2）。
因此，无论是镜面反射还是漫反射对土壤表面的总反射都有贡献，贡献的大小取决于土壤的颗粒大小，结构，微地貌和其他属性，这些属性称为土壤的表面状态（Escadafal, 1989）。
然而在实验室中，土壤反射系数的测量是在相对小的面积上进行（<10cm2），测量使用的土壤也经过了研磨过筛。
此时，漫反射系数占主导地位，而它主要和土壤的组成有关。
本章介绍了实验室中记录土壤漫反射光谱的方法以及如何运用已有信息来识别土壤矿物。
本章只讨论可见光区和邻近的紫外和红外光谱区。
原理本节简明地介绍漫反射的理论原理。
有兴趣的读者可以参考以下教材做深入了解：Wendlandt and Hecht (1966), Kortüm (1969), Wyszecki and Stiles (1982), Hapke (1993)。
根据光学几何定律（源于菲涅尔等式），当光束抵达一个内部晶体尺寸大于射线束截距的平滑表面时，光束部分被镜面反射，部分被折射。
对于吸收介质，被吸收的辐射通量服从著名的Lambert吸收定律：其中，I0是原始通量，x是介质厚度，K T是透射过程中的吸收系数，I是最终通过介质的辐射通量。
当颗粒小于射线束截面，但大于光的波长时，还会发生衍射。
因为射线撞击并穿过颗粒会导致元波之间的干涉。
如果颗粒是随机取向的，部分入射光会从各个角度反射到光源的半圆内。
对比于平滑边界的镜面反射，这种由随机取向的颗粒造成的反射，折射，衍射并且吸收的现象称为漫反射。
在理想的漫反射中，反射光的角分布和入射角度无关，并遵守Lambert余弦定理。
此定理说明了单位表面，单位立体角反射的辐射量正比于入射角i的余弦和观测角e的余弦。
虽然并不存在所谓的理想漫反射，但是对于紧实的粉末样品，通常可以观察到接近理想lambert漫反射的行为。
如果颗粒大小接近于或者小于波长，那么反射，折射和衍射所产生的辐射强度和角分布会非常接近从而难以区分。
这种现象称为“散射”。
许多理论通过分离吸收或者非吸收的各向同性颗粒的分子提供了一种合理的原理来阐述单次散射。
然而，随着颗粒间距减小，单次散射逐渐被多次散射所取代，多次散射在压实的晶体粉末或者颜料混合物中是主要的散射方式。
单颗粒散射光的角分布绝非等方向的。
另一方面，半定量的研究显示，当有足够多的大颗粒和足够厚的介质时，样品中颗粒最终会出现等方向的分布（Kortüm, 1969）。
本质上，这对应于粗颗粒组成的紧实介质的漫反射，这种情况下，反射，折射，衍射和吸收定理仍然成立。
而实验则证明了细小颗粒多次散射Lambert余弦定理的正确性，为此假设提供了依据。
目前还没有针对多次散射的定量解决办法。
因此，单纯现象学的理论被应用于描述系统的属性。
有些理论以两个常数为基础来描述单位层厚介质的吸收和散射。
这所谓的吸收系数和散射系数通常被认为是照射层的属性，并通常假定照射层是连续统一的，且实验可行。
Kubelka-Munk理论Kubelka-Munk理论假设一个面平行的，厚度为X的介质层接受x轴方向单色的弥散辐射通量I（图13-1），同时发生了散射和吸收。
介质层的面积无限大，并且可分为无限多的厚度为d x的子层。
在负x方向和正x方向的漫射通量分别定义为I和J。
当负向通量I通过子层时，被吸收了KI d x，被散射了SI d x。
正向的通量J也是如此。
因此可以建立如下等式：其中K和S分别是样品的吸收和散射系数。
图13-1 样品层横截面图Kubelak（1948）建立了此等式明确的双曲线解，详细记述于Wyszecki andStiles（1982）的文章中。
最为普遍的解为：这里R是位于反射系数为Rg的背景子层上的子层反射系数，coth bSX是bSX的双曲余切，X是层厚，a=1+K/S，b=(a2-1)0.5。
通常，测量都是在足够厚的层上进行，从而保证厚度增加不会改变反射系数。
在这些条件下，反射系数可以用R∞代替，这时等式[4]变为：其中，F（R∞）称为Kubelka-Munk（K-M）函数或者remission函数。
值得注意的是，任何波长的反射系数都是K/S的函数而不是K或者S绝对值的函数。
因此，从等式[5]不能得出K和S的绝对值。
利用有色玻璃进行实验，验证了等式[5]的正确性，有色玻璃的散射系数独立于波长。
实验测量了K和K T，发现K和K T成比例，并且在所有波长下的比例系数都非常相近（Kortüm,1969）。
因此，将对数坐标下的反射光谱进行垂直偏移便和透射光谱一致。
鉴于此，无论是F（R∞）还是表面吸收率[log（1/R∞）]都是实际吸收光谱的替代指标。
这个重要的结论已经应用于识别矿物的吸收光谱带（Sherman and Waite, 1985; Burns, 1993）。
由上述，只有在散射系数不随波长变化时，利用反射系数测量得到的典型的吸收光谱才能反映真实的吸收光谱。
而这种情况只有在平均粒径大于波长时才会出现。
否则，散射系数通常随波长的增加而减小。
但是，极粗的颗粒会产生其他的问题（混合物的异质和显著的镜面反射），这会极大地缩小吸收曲线上最大值和最小值的差异。
因此，粒径在0.1-1μm之间的细颗粒样品较为合适，尽管散射系数随着波长增加而减小的现象会使典型的色度曲线在趋近于紫外线区时变得平坦，并且在最大值处产生一个向红色区的偏移。
K-M函数或者表面吸收率[log（1/R∞）]与颗粒大小的关系十分复杂，尤其对于那些混合物，例如地面土壤，因为它们的粒径范围以及吸收系数的变化范围都很大。
吸收系数（K或者K T）在有效粒径范围内总是随着粒径的增大而减少，光谱也随之变得平坦。
然而，尽管吸收系数主要和粒径有关，强吸收介质和弱吸收介质之间的差异依然存在。
在强吸收介质中，对于粒径小于波长的颗粒，吸收率随着颗粒的减小而增加，吸收也随之增强。
对于粒径大于波长的颗粒，吸收通常随着颗粒的变大而减小。
原因有二：1）颗粒的增大导致镜面反射的增加；2）如Fresenl等式所预测，在强吸收介质中，镜面反射占有很大的比例。
而在弱吸收介质中，大于波长范围内的粒径的增加导致了吸收的增加，因为S的减小使得K的减小发生偏移（这个偏移和粒径的倒数成比例）。
由于K较小，光可以更加深地渗入样品从而增加吸收。
总之，根据K-M理论，我们可以测量吸收性矿物或矿物混合物的典型吸收光谱，但是我们必须考虑影响曲线的因素。
实际上，当R∞<0.6时，该理论会出现严重偏差。
因此，建议利用白色标样稀释样品进行测量，因为该标样各波长对应的反射系数是已知的。
此时，基于已证明的假设——稀释样品的散射系数可以通过稀释剂的散射系数来估计，从K-M函数中我们可以计算出K值。
而在反射系数Rg=0的情况下测量包含标样薄层的薄片可以得到S的绝对值。
然后我们可以通过计算它们和厚度X构成曲线的斜率来得到S：其中a和b的定义同等式[4]相同，R0是黑色背景的反射系数。
K-M理论同时也在如下几个方面受到了质疑：由于K和S相互依赖，对他们的解释是不正确的；由于反射系数可以用不同方法测量，因此这样得来的反射系数缺乏物理意义；对S的定义很不明确。
同时，利用白色标样稀释样品以防止remission函数饱和的方法并不可行（Hapke，1993）。
最新的理论20世纪80年代早期，科学家建立了一些新的理论来解决复杂微粒介质的辐射传递问题。
其中，最为简单的是Hapke（1981，1993）所创立的理论。
其认为，反射系数的主量并不是remission方程，而是颗粒单次散射的反照率，w。
这说明了光子在与单颗粒的交互作用中的生存概率（总散射能量和入射总能量的比值）。
对于微粒介质，单次散射的体积反照率w，是所有颗粒单次散射的平均反照率。
这个理论的建立是从辐射传输公式开始的，这个公式可用来确定电磁波在复杂介质传导过程中，强度是怎样被散射，吸收，发射过程所改变的。
Hapke将辐射传输方程进行最简单的二维分解得到的反射系数定义为漫反射系数。
而这个漫反射系数是没有物理意义的(实际上，K-M是漫反射系数的一种形式)，并且建立在一种假设上。
这种假设认为辐射抵达一个相当于z=0的平面，将整个空间分为一个空的上半空间和一个充满颗粒进而散射和吸收光的无限厚的下半空间。
而这个假设在漫反射系数的概念中可以表达为入射辐射量并不穿过介质，而是被上边界向各个方向均匀的散射，犹如在上边界上有一层看不见的薄膜，并且介质中不存在任何辐射源。
因此问题变成了确定介质中的辐射量以及从z=0的平面向上半空间发射的散射量。
在二维近似中，立体角完全被向上和向下的半球所占据。
1981年，Hapke建立了颗粒单次散射的反照率，复杂的折射指数，颗粒粒径和一个散射参数之间的关系来描述有缺陷颗粒内的散射中心。
对于各向同性散射体的体积单次散射率，Hapke建立了不同情况下的近似的反射系数（相对于白色标样进行测量）。
漫反射系数的表达式如下：由于漫反射系数缺乏物理意义，这个公式只用于快速半定量地估计w。
由于分光光度计的测量依赖于光源或者探测器发射光束的平行度，因此产生了很多不同的反射类型，通常有直线型，圆锥型和半球形。
Hapke在1993年指出，所有测量到的反射都是双锥型的，因为实践中不可能达到完美的平行反射或者散射。