漫反射光谱(DRS)
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第六章 漫ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ射光谱(DRS)
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。
漫反射光谱可以用于研究催化剂表面过渡金属 离子及其配合物的结构、氧化状态、配位状态、配 位对称性;在光催化研究中还可用于催化剂的光吸 收性能的测定；可用于色差的测定等等。
2021/2/11
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2021/2/11
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 BaSO4, 现在多用BaSO4作标准。
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5
● 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。
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。
2021/2/11
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， 表现为在可见光区或近红外区的吸收光谱。
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MgO的光谱
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12
BaSO4的光谱
reflects well in range 335 – 1320 nm
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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 )
2021/2/11
14
• 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
• 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．
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2.漫反射光与积分球 :
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。
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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。
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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!
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● 漫 反 射:
当光束入射至粉末状的晶面层时,一部分光在表层
Diffused reflectance and integrating sphere:
Sample有吸收 反射量减少
The characteristics of typical integrating sphere coatings
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In Situ Cell & Integrating Sphere
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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）
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硫化铅 （用于近红外区）
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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。
LF o (R g ) LK o L gS o L go 1 2 R R g 2
1
R1K S-K S22 2SK2 R∞- 反射率
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可以有多种曲线形式表示。
横坐标:波数(cm-1),波长（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。
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
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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”
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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
％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 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。
● 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)。
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● 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。
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。
漫反射光谱可以用于研究催化剂表面过渡金属 离子及其配合物的结构、氧化状态、配位状态、配 位对称性;在光催化研究中还可用于催化剂的光吸 收性能的测定；可用于色差的测定等等。
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● 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 BaSO4, 现在多用BaSO4作标准。
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● 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。
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。
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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。
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MgO的光谱
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BaSO4的光谱
reflects well in range 335 – 1320 nm
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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 )
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• 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
• 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．
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2.漫反射光与积分球 :
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。
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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。
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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!
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● 漫 反 射:
当光束入射至粉末状的晶面层时,一部分光在表层
Diffused reflectance and integrating sphere:
Sample有吸收 反射量减少
The characteristics of typical integrating sphere coatings
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In Situ Cell & Integrating Sphere
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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）
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硫化铅 （用于近红外区）
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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。
LF o (R g ) LK o L gS o L go 1 2 R R g 2
1
R1K S-K S22 2SK2 R∞- 反射率
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可以有多种曲线形式表示。
横坐标:波数(cm-1),波长（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。
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
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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”
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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
％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 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。
● 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)。
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● 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。