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紫外可見光譜的基本原理
光的本質(zhì)是一種電磁波,光的波長越短、頻率越高,其能量越大。根據(jù)光波長的長短,可將光劃分為不同區(qū)域。
光子是光的能量載體。光譜則是描述某種特定光的波長(單個光子能量)和強(qiáng)度(光子的密度)之間的關(guān)系的圖譜。
光波區(qū)域劃分紫外可見吸收/漫反射光譜,常簡稱為紫外可見光譜。紫外可見光譜法是利用物質(zhì)對光的選擇性吸收、透射或反射的特性,從而測定、分析、推斷物質(zhì)的組成、含量及結(jié)構(gòu)。由于遠(yuǎn)紫外區(qū)域的測試條件嚴(yán)苛,儀器復(fù)雜,因此一般不用此波段光進(jìn)行測量。現(xiàn)在主流的儀器基本都可實(shí)現(xiàn)波長范圍覆蓋近紫外、可見、近紅外、中紅外光區(qū)的測試,并盡可能降低在近紅外、中紅外光區(qū)的噪音。在實(shí)際應(yīng)用中,更多的材料還是測試波長200-800 nm范圍(包含紫外-可見區(qū)域)。
紫外可見光譜常見概念和應(yīng)用
1、透光率(T%):一束單色光通過樣品后,入射光光強(qiáng)I0減弱為I,則透光率:T = I/I0,或用百分透光率表示:T% = I/I0 x 99%。
透光率的表示方法有T%、Transmittance%、Transmission%。
2、吸光度(A)
A = log (I0/I),吸光度和透過率的轉(zhuǎn)換公式是A = -logT。根據(jù)定義,吸光度數(shù)值可大于1,且當(dāng)T趨于0時,A趨于∞,如圖2。實(shí)際檢測器是有響應(yīng)范圍的。
吸光度的表示方法有A、Abs、Absorbance、Absorption。
3、反射率(R%):
鏡面反射:反射角等于入射角,光不被吸收。鏡面反射只發(fā)生在表面顆粒的表層,未與樣品內(nèi)部發(fā)生作用,因此它沒有負(fù)載樣品內(nèi)層的結(jié)構(gòu)和組成的信息。
漫反射:光進(jìn)入樣品內(nèi)部,經(jīng)過多次反射、折射、散射及吸收后返回樣品表面的光。漫反射光是分析與樣品內(nèi)部分子發(fā)生作用以后的光,攜帶有豐富的樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組織信息。
總反射:鏡面發(fā)射+漫反射,粉末樣品的鏡面反射很低,但在一些特定的,如光學(xué)涂層、光學(xué)鍍膜等材料時就要考慮鏡面反射的影響和測定。
總體來說,紫外設(shè)備通常主要還是測定相對總反射率或漫反射率,表示方法有R、R%、Reflection%。鏡面反射可通過適配積分球的鏡面反射端口消除,單獨(dú)的鏡面反射通過鏡面反射附件也可以測定。
這邊提到的相對的概念,除了利用反射率附件測試反射率的情況,紫外設(shè)備通常測定的都是相對數(shù)值,相對吸光度、相對透過率和相對反射率。如相對反射率,即相對一個標(biāo)準(zhǔn)樣品的反射率:R’∞ = R∞(樣品)/ R∞(參比物),參比物質(zhì)多用聚四氟乙烯標(biāo)準(zhǔn)品或BaSO4白板。
4、吸收率(A%):
吸收率反映的是吸收的入射光光強(qiáng)占入射光光強(qiáng)的比例。因此吸收率A%和吸光度A是不同概念,不是簡單的百分比換算。一般情形下,吸收率A%可以理解成,等于1-R%-T%的結(jié)果。
但是實(shí)際應(yīng)用中,吸收率的換算并不準(zhǔn)確。因?yàn)闊o論是R%還是T%,本身測的都是相對的數(shù)值,且透過的測試和反射的測試,光打在樣品的區(qū)域未必是一致的,導(dǎo)致1- R%-T%結(jié)果的誤差,甚至出現(xiàn)負(fù)值。一般測試中,我們也不建議去算吸收率。
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