岛津UV-2450固体紫外的样品测定

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固体样品测定培训

1. 固体样品的测定

1-1. 测定方法种类 ???????????????????????????????????????????????????????? 1

2. 固体样品的透射测定

2-1. 透射测定的种类 ????????????????????????????????????????????????????? 2 2-2. 直线透射测定方法 ????????????????????????????????????????????????????? 3

实习 1. 直线透射测定 2-3. 全透射测定方法 ??????????????????????????????????????????????????????? 7

实习 2. 全光线透射测定 2-4. 散射透射测定 ???????????????????????????????????????????????????????11

实习 3. 散射透射测定

3. 固体样品的反射测定

3-1. 反射测定的种类 ?????????????????????????????????????????????????????15 3-2. 不含镜面反射的漫反射测定方法 ???????????????????????????????????17

实习 4. 不含镜面反射的漫反射测定 3-3. 含镜面反射的漫反射反射测定方法 ?????????????????????????????????23

实习 5. 含镜面反射的漫反射测定 3-4. 绝对反射测定方法（绝对镜面反射测定） ?????????????????????????????????29

实习 6. 绝对反射测定 3-5. 镜面反射测定方法（相对镜面反射测定） ?????????????????????????????????35

实习 7. 镜面反射测定

4. 固体样品的其他测定（附录）

4-1. 色彩测定 ??????????????????????????????????????????????????????????????39 4-2. 膜厚测定 ??????????????????????????????????????????????????????????????40

1. 固体样品的测定

主要用于溶液样品测定的紫外可见分光光度计，在测定固体样品时，有若干必须使用的附件以及应注意的事项。本讲义对于各种测定方法说明了必须使用的附件和在测定上的注意事项。

1-1. 测定方法种类

固体样品测定分为测定样品透过光的透射测定和测定样品反射光的反射测定。并且，透射测定、反射测定还各自可分为若干种类的测定。使用紫外可见分光光度计进行的固体样品测定的方法可列举如下：

以下各章详细说明以上列举的各测定方法。

反射测定

不含镜面反射的相对散射反射测定含镜面反射的相对散射反射测定镜面反射（正反射）测定

绝对镜面反射测定相对镜面反射测定

图1-1 固体样品测定方法的分类

透射测定

直线透射测定全光线透射测定散射透射测定

-1-

2. 固体样品的透射测定

2-1. 透射测定的种类

所谓透射测定是测定照射到样品后透过样品的光的方法。透射光的种类如下?

图2-1 透射光的种类

分为测定透过样品的直线前进光的直线透射测定、测定透过样品的全部光的全光线透射测定、测定透过样品的散射光的散射透射测定。实际装置可全部进行以下3种测定。 1. 直线透射测定 2. 全光线透射测定 3. 散射透射测定

本章说明各种透射测定和实际样品的测定以及测定上的注意事项。

入射光直线透射光

全光线透射光

散射透射光

样品

-2-

2-2. 直线透射测定

测定样品透射光中的直线传播透射光的方法。

图2-2-1 直线透射光

一般用于3mm以下的薄透明薄膜的测定等。用于测定的附件中有薄膜架。

○直线透射测定时的注意事项

A. 不透明的样品

不透明样品（白浊样品）时，在样品上光发生散射，成为散射透射光，有不能到达检测器的光。为此，显示的透射率相当低。并且，根据分光光度计的机型，样品设置位置到检测器的距离不同，因此，即使测定同一样品，各装置也有时得到不同的测定结果。为此，难以进行不透明样品的直线透射测定。

B. 样品的厚度

样品较厚时（3mm以上），由于空气和样品的折射率不同，与基线校正时相比，检测器上的聚光焦点位置发生变化，因此，不能得到正确的透射率。对于这样的厚样品，请使用积分球或端窗式光电倍增管进行全光线透射测定。

基线校正时样品测定时

图2-2-2测定厚样品、透镜时的光束变化

C. 透镜

测定透镜时与厚样品一样，与基线校正时相比，检测器上的聚光焦点位置发生变化，因此，不能得到正确的透射率。此时，也请使用积分球或端窗式检测器进行全光线透射测定。

受光面从受光面溢出的光

样品入射光直线透射光

样品

-3-

实习 2. 全光线透射测定

使用积分球进行全光线透射光谱测定。

①在标准样品室内设置积分球附件。有的装置（如SolidSpec-3700）本身带有积分球附件。 ②设定UVProbe的测定方法。

打开装置参数菜单，将测光值种类(M)设为透射率，将狭缝宽(S)在只含可见紫外区域的测定时设为「5.0」～「8.0」，在含近红外区域的测定时设为「(20)」～「(32)」。

将检测器单元(D)在SolidSpec-3700时设为「积分球」，UV-3600时设为「外部」。UV-2450/2550没有检测器单元(D)的设定。

图2-3-4 测定参数

③将标准白板设置在规定位置上。并将积分球用薄膜架设置在规定位置上，在空置的状态（Air）下，进行基线校正。

④在薄膜架设置样品后，进行样品测定。

用于确认不透明薄膜的透射率等的测定。也可用于确认遮光薄膜、防紫外线薄膜等的性能。

-9-

基线校正时样品测定时

图2-3-5 全透射测定样品设置位置

标准白板

参比光参比光标准白板测定光标准白板测定光测定样品

-10-

2-4. 散射透射测定

所谓散射透射测定是指测定样品透射光中除直线透射光以外的散射透射光的方法。

图2-4-1 散射透射光

测定时，不使直线透射光进入检测器内。

测定用附件中有积分球。但使用方法与全光线透射测定时稍微不同。用于确认固体样品的散射等。也可用于浊度测定等。

○散射透射测定时的注意事项

A. 与全光线透射光、直线透射光的关系

从全光线透射光中除去这个散射透射光后的光，理论上是直线透射光，但问题是到几度范围以内的光可看作是直线透射光呢（直线透射光也具有一定的扩散）？

B. 浊度测定

在JIS规定中有关浊度的测定，不仅规定了积分球的开口率，还详细规定了光束大小、开口尺寸等。为符合JIS规定的要求，需要使用专用附件。

入射光直线透射光散射透射光样品

-11-

C. 积分球的开口率

开口率是指积分球内面积与测定光、检测器等的光出入口（开口部）面积总和的比率(开口率=

全部窗面积/球内表面积)。开口率越小积分球效果越大（接近理想的积分球），但另一方面，到

达检测器的光量减少，所以，噪声増加。为减小开口率，积分球直径加大。

ISR-3100光量多，能够进低噪音测定

ISR-3100开口率为13% LISR-3100开口率为2%

LISR-3100 光束的大小是 ISR-3100 的二倍，(不确定，光束是550nm处看到的光斑

的大小，理论上是应该是一样的)主要用于测定有花纹儿的面料等测定领域的平均反射率。另外，测定扩散性高的样品的透过率，使用 LISR-3100 能够取得很好的数据。

图2-4-2 积分球开口部（）

-12-

实习 3. 散射透射测定

使用积分球进行散射透射光谱测定。

①在标准样品室内设置积分球附件。有的装置（如SolidSpec-3700）本身带有积分球附件。 ②设定UVProbe的测定方法。

将检测器单元(D)在SolidSpec-3700时设为「积分球」，UV-3600时设为「外部」。UV-2450/2550没有检测器单元(D)的设定。

图2-4-3 测定参数

③将标准白板设置在规定的位置上。在空置的状态（Air）下进行基线校正。

④设置样品。并且取下隔着积分球位于对角侧的标准白板。这样，直线透射光射出到积分球外侧，积分球只捕捉散射透射光。进行样品测定。

用于测定不透明薄膜的散射性能等。

-13-

基线校正时样品测定时

图2-4-3 散射透射测定样品设置位置

标准白板

参比光参比光标准白板测定光测定光测定样品

-14-

3. 固体样品的反射测定

3-1.反射测定的种类

所谓反射测定是测定光入射样品后的反射光的方法。反射光分类如下?

图3-1-1 反射光的种类

反射测定分为两种测定方法，测定相对于基准样品的相对反射率（将反射基准作为100%的反射率）的相对反射测定和测定直接绝对反射率的绝对反射测定。

并且，反射测定分为漫反射测定和镜面反射测定。样品为纸、塑料等时，反射光向各方向散射，将漫反射光引入检测器进行测定就是漫反射测定。样品为玻璃、金属时，反射光几乎是正反射光（镜面反射光），将此镜面反射光引入检测器进行测定就是镜面反射测定。

将上述测定组合，反射测定有2（相对测定和绝对测定）×2（漫反射和镜面反射）共4种测定方法。但绝对漫反射测定是在论文等中介绍的测定方法，没有市售装置。实际的测定装置有：

1. 绝对镜面反射测定（简称绝对反射测定） 2. 相对镜面反射测定（简称镜面反射测定） 3. 相对漫反射测定（简称漫反射测定） 3种测定。

并且，在漫反射测定中，包括含镜面反射的测定和不含镜面反射的测定。

在相对反射测定中，反射基准的反射率不一定始终一致（基准不同、或随时间变化等），因此，在进行数据比较时要加以注意。

本章说明各种反射测定和实际样品测定以及测定注意事项。

镜面反射光（正反射光）漫反射光 θ θ 入射光

-15-

○相对反射和绝对反射

相对反射测定是指以某种物质作为基准进行的测定。

测定样品的反射率是将反射基准的反射率作为100%时的反射率。因此，即使是同一样品，如果改变反射基准，那么反射率也发生变化。“相对反射”的名称也由此而来。反射基准根据测定方法，一般采用镀铝反射镜、硫酸钡等，并不确定。在相对反射中，即使是同一样品，使用反射装置Ａ测定的值和使用反射装置Ｂ测定的值不一定相同。这是因为各装置使用的反射基准不同。

绝对反射是指测定样品绝对反射率的反射测定。

换一种表述方法，将100%完全反射光的理想反射物质（现实中不存在）作为基准时的反射率成为绝对反射率。如果使用绝对反射附件，则恰似使用上述理想的反射基准，可以测定样品的反射率。绝对反射时，如果是同一个样品，则使用反射装置Ａ测定的反射率和使用反射装置Ｂ测定的反射率在理论上是相同的反射率。

-16-

3-2. 不含镜面反射的漫反射测定

所谓不含镜面反射的漫反射测定是测定以与入射光角度不同的角度反射的漫反射光的方法，使用反射基准进行测定。

图3-2-1 不含镜面反射的漫反射光

测定使用积分球。反射基准使用硫酸钡等。

在从样品反射的光中，镜面反射光从开口部出到积分球外，不被检测。用于测定纸等表面粗糙的样品或进行色彩测定。

○不含镜面反射的漫反射测定的注意事项

A. 反射基准（标准白板）

不含镜面反射的漫反射测定基准根据JIS规格等规定，使用硫酸钡、氧化镁、氧化铝。另外，有时使用上述基准以外的氟树脂材料。不使用镜面反射镜。

在近红外区域硫酸钡有水分吸收，因此测定样品的水分少时，水的吸收通常显示为倒峰。

B. 库贝勒卡-蒙克变换（粉末样品）

漫反射测定可测定粉末样品。此时，可将测定值变换为与透射测定时的吸光度相同的与浓度成正比的值。此变换称为库贝勒卡-蒙克变换。但是，数据受粉末粒径、粉末密度的影响，因此有时难以用于实际的定量测定。

C. 反射镜等的测定

像反射镜、玻璃这样的样品，几乎没有漫反射光，因此在漫反射测定时，得到几乎为0%的反射率。反射镜这种以镜面反射光为主的样品适合使用其他测定方法。

镜面反射光（正反射光）漫反射光 θ θ 入射光

-17-

D. 反射率的校正

因为使用反射基准，所以只能得到相对值（将反射基准作为100%时的反射率）。但是，如果反射基准的反射率为已知，则能够通过数据演算进行校正。

硫酸钡、氟树脂时，可通过使用带有反射率值的反射基准进行校正。带有反射率值的标准白板的代表例如下所示。

?硫酸钡制标准（括弧内为波长范围） MERCK公司制咨询：试剂销售代理店 ?陶瓷制标准

财团法人日本色彩研究所制

标准白板（380～780nm）

咨询：财团法人日本色彩研究所

TEL 048-794-3831 (Web)http://www.jcri.jp/

?氟树脂制标准 LabSphare公司制

Spectralon反射标准99%（250～2500nm）

硫酸钡粉末试剂（320～800nm）

咨询：株式会社系统工程技术（システムズエンジニアリング）

TEL.03-3946-4993 (Web)http://www.systems-eng.co.jp/

-18-

实习 4. 不含镜面反射的漫反射测定

使用积分球附件，进行不含镜面反射的漫反射光谱测定。使用150φ积分球时，使用方法不同。

A. 使用积分球附件（ISR-3100/ISR-2200/ISR-240A）、多用途大型样品室（MPC-3100/MPC-2200）时（入射角0°（垂直入射）） ①安装积分球附件。

②设定UVProbe的测定方法。

打开装置参数菜单，将测光值种类(M)设为反射率，将狭缝宽(S)在只含可见紫外区域的测定时设为「5.0」～「8.0」，在含近红外区域的测定时设为「(20)」～「(32)」。

将检测器单元(D)在SolidSpec-3700时设为「积分球」，UV-3600时设为「外部」。UV-2450/2550没有检测器单元(D)的设定。

图3-2-2 测定参数

③将标准白板设置在规定的位置。进行基线校正。 ④取下位于Ｓ标志的对角处的标准白板，设置样品。

在此位置进行测定，则入射光垂直入射，正反射光从积分球出射到外面。将测定面对着积分球侧进行样品测定。

适合测定纸等表面粗糙的样品。也可用于色彩测定。

-19-

基线校正时样品测定时

图3-2-3 不含镜面反射的漫反射测定样品设置位置标准白板

标准白板

参比光参比光标准白板测定光Ｓ测定样品测定光Ｓ -20-

B. 使用150φ积分球附件（LISR-3100）时/只有UV-3600（入射角7°） ①安装积分球附件。

②设定UVProbe的测定方法。

将检测器单元(D)设为「外部」。

图3-2-4 测定参数

③将标准白板设置在规定的位置。在操作说明书上记述为积分球开口部处（来自测定样品的正反射光照射到的地方）安装光捕集器。这样，正反射光被光捕集器捕集，不能返回积分球内。

进行基线校正。

④取下标准白板，设置样品，使测定面对着积分球侧，进行样品测定。

-21-

图3-2-5 使用150mmφ积分球的不含镜面反射的漫反射测定

测定样品标准白板测定光光捕集器参比光 -22-

3-3. 含镜面反射光的漫反射测定

含镜面反射的漫反射测定是测定全部样品反射光的方法，使用反射基准进行测定。

图3-3-1含镜面反射光的漫反射光

测定使用积分球。使从样品的反射光相对于样品稍有一点角度（10度以内），将镜面反射光捕集到积分球内。

反射基准使用硫酸钡等，但与不含镜面反射光的漫反射测定不同的是有时反射基准使用也镀铝反射镜。在样品反射光中镜面反射成分多时，反射基准使用镀铝反射镜较好。

本方法是日射反射率测定等常采用的测定方法。

○含镜面反射和漫反射的测定的注意事项

A. 反射基准

与漫反射测定一样，经常使用硫酸钡等作为反射基准。但是，因为进行含镜面反射光的测定，所以也有时使用镀铝反射镜。

选择与测定样品性状相似的反射基准为好（镜面反射光多的样品选择镀铝反射镜，漫反射光多的样品选择硫酸钡等）。

B. 反射率的校正

因为使用反射基准，所以只能得到相对值（将反射基准作为100%时的反射率）。但是，如果反射基准的反射率为已知，则能够通过数据演算进行校正。

反射基准使用镀铝反射镜时，可使用绝对反射测定方法测定反射率，通过数据演算进行校正（反射镜上有伤痕时不能得到正确的反射率，务请注意）。

硫酸钡、氟树脂时，可通过使用带有反射率值的反射基准进行校正。带有反射率值的标准白板的代表例如下所示。

?硫酸钡制标准（括弧内为波长范围） MERCK公司制咨询：试剂销售代理店 ?陶瓷制标准

财团法人日本色彩研究所制

标准白板（380～780nm）

咨询：财团法人日本色彩研究所

硫酸钡粉末试剂（320～800nm）

镜面反射光（正反射光）漫反射光 θ θ 入射光

-23-

TEL 048-794-3831 (Web)http://www.jcri.jp/

?氟树脂制标准 LabSphare公司制

Spectralon反射标准99%（250～2500nm）

咨询：株式会社系统工程技术（システムズエンジニアリング）

TEL.03-3946-4993 (Web)http://www.systems-eng.co.jp/

C. 入射角在10度以下

入射角设定为10度以下。镜面反射在入射角较小时几乎不受偏振光的影响。并且，入射角在10度以下，垂直光入射时反射率几乎不变。（参照3-4章绝对反射测定图3-4-5）

-24-

实习 5. 含镜面反射的漫反射测定

使用积分球附件进行含镜面反射的漫反射光谱测定。

测定方法与不含镜面反射的漫反射测定一样，使用积分球，但使用方法有若干不同。另外，150φ积分球时，使用方法不同。

A. 使用积分球附件（ISR-3100/ISR-2200/ISR-240A）、多用途大型样品室（MPC-3100/MPC-2200）时（入射角8°）

①在装置本体上安装积分球附件。 ②设定UVProbe的测定方法。

将检测器单元(D)在SolidSpec-3700时设为「积分球」，UV-3600时设为「外部」。UV-2450/2550没有检测器单元(D)的设定。

图3-3-2 测定参数

-25-

将测定条件中的S/R反转设定为反转。S/R反转在SolidSpec-3700/UV-3600的装置参数菜单

的详细设定中、UV-2550/2450的装置参数菜单中。

Solidsepc-3700/UV-3600 UV-2450/2550

图3-3-4 S/R反转设定

③将标准白板设置在规定的位置。进行基线校正。 ④取下位于Ｓ标志的对角处的标准白板，设置样品。

适用于各种固体样品的测定。

基线校正时样品测定时

图3-3-5 含镜面反射的漫反射测定样品设置位置

标准白板

测定样品

测定光Ｒ测定光标准白板参比光Ｒ标准白板参比光 -26-

B. 使用150φ积分球附件（LISR-3100）时/只有UV-3600（入射角7°） ①在装置本体上安装积分球附件。 ②设定UVProbe的测定方法。

将检测器单元(D)设为「外部」。 150mmφ积分球时不进行S/R反转。

图3-3-6 测定参数

③将标准白板设置在规定的位置。在操作说明书上记述为积分球开口部处（来自测定样品的镜面反射光照射到的地方）安装积分球用盖子。这样，镜面反射光返回积分球内。

进行基线校正。

④取下标准白板，设置样品，进行样品测定。

-27-

测定光积分球用盖子参比光测定样品标准白板图3-3-7 使用150mmφ积分球的含镜面反射的漫反射测定

-28-

3-4. 绝对反射测定（绝对镜面反射测定）

绝对反射测定（绝对镜面反射测定）是测定以与样品入射光相同的角度反射的镜面反射光（正反射光）的方法，不使用基准测定绝对值。

图3-4-1 镜面反射光

使用绝对反射测定装置进行测定。入射角一般固定为5°、12°、30°、45°等。也有入射角可变型的绝对反射测定装置。角度变大，则在测定时需要使用偏光元件。使用角度固定型绝对反射测定装置的测定以如下方式进行测定。

基线校正时按虚线光路进行测定，样品测定时，平行移动M2反射镜，旋转M3反射镜，按实线光路进行测定。构造设计成以M2’-M2-样品-M3(M3’)构成的四角形成为平行四辺形。这样，各自光路的光程、去反射镜的入射角、使用的反射镜数都不变。

检测器

M3’ 样品绝对反射测定装置的构造

M1 M3 M2 入射光

100%设定时测定时

M2’ 镜面反射光（正反射光） θ θ 入射光

-29-

○绝对反射测定的注意事项

A. 偏振光

光是在行进方向和垂直面内振动的电磁波。像太阳光那样在面内做各向同性振动的光称为非偏振光（自然光）。振动偏向某一方向的光叫做偏振光。

(a)非偏振光（自然光） (b)偏振光

图3-4-3 非偏振光和偏振光

绝对反射测定时，一般分为P偏振光和S偏振光进行讨论。

与入射面平行的成分称为P偏振光（平行偏振光），与入射面垂直的成分称为S偏振光（垂直偏振光）（所谓入射面是入射反射面的光的方向和反射面的法线所形成的面）。

入射角较小时，几乎见不到由偏振光造成的反射率的差，但随着入射角变大，偏振光的影响变大，需要使用偏光元件进行测定。

P偏光图3-4-4 P偏振光和S偏振光

入射光反射光入射面

S偏光反射面

-30-

B. 入射角和偏光元件

对于各种金属以及光学玻璃BK-7的偏振光P成分、S偏振光成分的绝对反射率计算结果如下图所示。

图3-4-5 各种金属以及光学玻璃BK-7的镜面反射率

（上侧Rs 、下侧Rp ）

绝对反射测定装置有入射角为5°、12°、30°、45°的四种装置。从上图可知，5°时几乎不受偏振光的影响，角度变大则受到偏振光的影响。12°时，根据样品种类，有的样品受到偏振光的影响，30°、45°时肯定受到偏振光的影响。为此，在12°、30°、45°的绝对反射测定装置中设有安装偏光元件的场所。测定时请安装偏光元件。

-31-

C. 里面的处理

防反射膜（AntiReflection/AR膜）等，有时只在薄膜的单面镀膜。在测定这种样品时，如果不进行里面处理的话，则透过表面的光在里面反射，发生与表面的反射光重合的现象。在进行镀层的反射率评价时，必须对里面进行处理。

介绍处理方法如下：

①将里面做成毛面（散射面）的方法。

②对里面进行黒色处理，使其吸收光的方法。比较简便的方法是在里面贴上黒色胶带，胶带与里面之间不用进入空气，可很大程度地抑制里面的反射。

D. 透镜的测定

使用绝对反射测定装置难以测定透镜。因为透镜的表面不是平面而是曲面。

E. 测定面

适合测定面光滑的平面样品。有光散射的样品时、测得的反射率低。

F.积分球

绝对反射测定装置安装在大型样品室内进行测定。这时使用的积分球是称为透射型的积分球。在透射型积分球内，测定光最先照射到的部分没有开口部。为了不使基线校正时和样品测定时的光束微妙的偏差对测定值造成影响而使用。