各种物质漫反射光谱的测定

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．

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。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．