各种物质漫反射光谱的测定

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．