紫外可見光譜的基本原理
光的本質是一種電磁波,光的波長越短、頻率越高,其能量越大。根據光波長的長短,可將光劃分為不同區域。
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)和強度(光子的密度)之間的關系的圖譜。
光波區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、推斷物質的組成、含量及結構。由于遠紫外區域的測試條件嚴苛,儀器復雜,因此一般不用此波段光進行測量。現在主流的儀器基本都可實現波長范圍覆蓋近紫外、可見、近紅外、中紅外光區的測試,并盡可能降低在近紅外、中紅外光區的噪音。在實際應用中,更多的材料還是測試波長200-800 nm范圍(包含紫外-可見區域)。
紫外可見光譜常見概念和應用
1、透光率(T%):一束單色光通過樣品后,入射光光強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換公式是A = -logT。根據定義,吸光度數值可大于1,且當T趨于0時,A趨于∞,如圖2。實際檢測器是有響應范圍的。
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。鏡面反射只發生在表面顆粒的表層,未與樣品內部發生作用,因此它沒有負載樣品內層的結構和組成的信息。
漫反射:光進入樣品內部,經過多次反射、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部分子發生作用以后的光,攜帶有豐富的樣品內部結構和組織信息。
總反射:鏡面發射+漫反射,粉末樣品的鏡面反射很低,但在一些特定的,如光學涂層、光學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,紫外設備通常測定的都是相對數值,相對吸光度、相對透過率和相對反射率。如相對反射率,即相對一個標準樣品的反射率:R’∞ = R∞(樣品)/ R∞(參比物),參比物質多用聚四氟乙烯標準品或BaSO4白板。
4、吸收率(A%):
吸收率反映的是吸收的入射光光強占入射光光強的比例。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%的結果。
但是實際應用中,吸收率的換算并不準確。因為無論是R%還是T%,本身測的都是相對的數值,且透過的測試和反射的測試,光打在樣品的區域未必是一致的,導致1- R%-T%結果的誤差,甚至出現負值。一般測試中,我們也不建議去算吸收率。
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