实验一 地物光谱反射率的野外测定
一 实验目的
1、学习地物光谱的测定方法
2、认识地物光谱反射率的规律
3、掌握绘制地物反射光谱曲线的方法
二 原理及方法
地物光谱反射率的野外测定原理主要是利用电磁辐射和各地物光谱特征进行测定（参照课本）。 实验采用垂直测量方法，计算公式为：
()()()()λρλλλρs Vs V ?=
式中，
()λρ为被测物体的反射率，()λρs 为标准板的反射率，()λV ，()λVs 分别为测量物体和
标准板的仪器测量值。
三 实验仪器
1、ISI921VF-256野外地物光谱辐射计，波段范围为可见-近红外的380~1050nm ，仪器性能稳定，
携带方便，数据提取容易。
2、标准参考板（白板或灰板）。
图1ISI921VF-256野外地物光谱辐射计 3、仪器介绍
3-1主机面板结构
图2.主机面板示意图
3-2光学头部结构
图3.光学头部
如图所示，光学头部上有以下部件： 电缆： 用于连接主机箱 镜头： 配有与主光轴平行的半导体激光指示器 把手： 手持之用，上置有“测量”和“指示”按钮（大拇指部位） 支架安装孔： 2个M4螺孔，用于固定安装 ※摄像头： 同步显示功能的图象获取；为选择配置
3-3 基本配置连接
注意：所有电气连接必须在关电的状态下进行，否则可能引起设备损害！ 3-3-1安装
如测试采用手持操作方式，则无需任何机械安装。 如采用手持测量杆，需事先使用两个M4×10螺钉将测量头部固定于测量杆顶部，并调整好所需的测量角度。
3-3-2测量工作
测量工作状态仅需主机和测量头部，无需连接电脑；如在非移动场合进行长时间连续测量，并欲同步查看测量曲线，也可同时连接笔记本或台式电脑。
3-3-3数据传输
数据传输时无需连接测量头部，只需使用通讯电缆连接主机的通讯端口和计算机的USB 口。电缆连接工作必须在关机状态下进行。
3-3-4 充电
充电时将充电器连接220V 电源，使用充电电缆连接充电器和主机。
四 实验步骤
1、测量目标和条件的选择
环境：无严重大气污染，光照稳定，无卷云或浓积云，风力小于3级，避开阴影和强反射体的影响（测量者不穿白色服装）。
时间：地方时9:30—14:30。
取样：选择物体自然状态的表面作为观测面，取样面积大于地物自然表面起伏和不均匀的尺度，被测目标面要充满视场。
标准板：标准板表面与被测地物的宏观表面相平行，与观测仪器等距，
并充满仪器视场，保证板面
清洁。
2、记录测量目标基本信息
主要内容如下：
土壤：土类、土属、土种；地貌类型、成土母质、侵蚀状况；干湿度、粗糙度等。
植被：植物名称、所属类别、覆盖率、生长状况、叶色、高度等。
水体：水体名称、水体状况、水色、水温、透明度、泥沙含量、叶绿素含量、污染状况等。
人工目标：目标名称、内容描述、估算面积、几何特征、表面颜色、坡度、坡面等。
岩矿：岩矿名称、所属类别、植被覆盖及名称、土壤覆盖及名称、岩矿露头面积、所属构造、地质年代、风化状况等。
3、记录环境参数
主要内容如表1.2，内容由教学教师定，制成表格填写。见附表。
4、使用准备
4-1软件安装
⑴首先，复制仪器数据处理软件包及仪器自带的USB口驱动软件。然后，运行仪器数据处理软件安装程序包中的“Setup.exe”文件安装ISI921VF.EXE运行程序（最好创建该软件的快捷方式到计算机桌面）；
⑵再用仪器自带的USB口连接电缆连接主机和仪器（电缆连接好后，打开仪器电源），这时，屏幕上会出现“添加新硬件向导”窗口；按照其提示步骤，一步一步地安装USB口驱动软件，直至完成。安装完成后，查看“控制面板”中的“系统硬件”，在“端口”下，应该增加了一个额外的COM端口，把它设置为COM5。
注意：在计算机不止一个USB口时，请确保仪器连接的USB口为COM5口。您可以监视着此窗口，把仪器连接电缆拔下、再连接即可看出。
4-3检查及调整
仪器开机后会在1秒之内在显示屏出现主菜单，这表示仪器控制电路正常。如能测得光谱曲线，则表明系统正常
充满电的仪器开机后可能会有显示不正常的情况，可能是因为环境温度变化过大造成的，这时可调节主机面板的对比度电位器。如仍无主菜单显示，可使用复位建进行复位。
测试前应使用相应的菜单功能，按照测量需要对仪器进行设置。仪器的所有设置会记忆保留。
5主机菜单及操作
5-1主菜单
**：该项功能只在探测器为256元以上的仪器中且是根据可户要求才配置。
主菜单说明：
在主菜单状态直接操作功能对应数字，即可进入功能或子菜单操作
“8”、“9”两项功能不作为基本配置功能；
5-2〖Setup〗仪器参数设置
〖Setup〗仪器参数设置子菜单有10项设置内容，包括：起始光谱曲线号、增益、CCD积分时间、内部时钟（包括年、月、日、时、分、秒）。
仪器关机后仍保存光谱曲线号、增益、积分时间且内部时钟照常运行。设置参数过程中，任何时侯按下“ESC”键，均退出当前设置参数功能回到主菜单，且保持未设置的项目原设定参数不变。在设置某项参数时，要完整设置（即该项参数是几位数，就输入几位数值），如果只改变此项参数某一位，则设置无效，仍保持原参数不变，设置完某项参数后，按回车“↙”键，光标移到下一行参数起始位置，
可继续设置下一项参数。如果某项参数需保持原值，则可不设置，直接按“↙”光标移至再下一行。
完成设置参数操作后，打开镜头盖即可进行测量。一次测量仪器将进行2次的曲线采样和平均（测水除外）；而一次完整的测量必须包括对CCD本底信号的测量和扣除，如果仪器设置为自动增益状态，仪器则首先将进行增益和积分时间的调整。
5-3〖Reference〗参考板测量
在主菜单上键入“2”，选择此功能。进入此功能后，仪器将首先进行测量本底的工作，此时可听见光学头部发出轻微的“喀哒”声，此为挡板继电器闭合的声音。仪器光学头部再次发出“喀哒”声后表示本底测量完成，挡板打开。随后仪器即进行信号测量。完成测量和运算后，显示屏将显示第一条测量曲线，并附有此曲线的曲线号、增益、积分时间。如果按下“↙”键即可进行下一条曲线的测量。在此工作方式下测量的曲线数据在传输到计算机进行数据处理时，生成的光谱文件自动以“.ref”作为文件的扩展名；表示此为参考板文件。
进入测试状态后可以使用测量手柄上的“?”键进行下一条曲线测试
在测试前可以使用“?”键打开指示激光器进行目标对准。
5-4〖Target〗目标测量
在主菜单上键入“3”，选择该功能。测量过程与“2”功能的测量基本相同。只是测试的曲线数据在传输到计算机进行数据处理时，生成的光谱文件自动以“.tat”作为文件的扩展名；表示此数据为目标地物文件。
5-5〖Display〗显示
在主菜单上，选择“4”，进入Display显示功能。LCD屏幕显示该功能的子菜单
1、Spect. curve
2、Refl. curve
选择“1”，出现如下子菜单，显示测量的光谱曲线；
这时即可输入需显示的光谱曲线号，LCD屏幕显示坐标、光谱曲线，并在屏幕右侧显示曲线号，测量该曲线的增益和时间。每按一次“↙”键，显示同类型曲线，曲线号自动加1，显示下一条曲线。如果遇到屏幕显示“NO！”，则说明系统并无存储此编号的曲线。按“Esc”键可退回上一级菜单。
若在上一级菜单中选择“2”，出现如下子菜单，可以即时观看被测目标的反射率。
“Tar.Code ”表示选择目标光谱曲线；屏幕上显示的曲线号为所测最新一条目标（Tar ）曲线，为默认选择。若用户不另选，系统即把它作为目标曲线。“Ref.Code ”表示选择参考板光谱曲线；同理，屏幕上显示的曲线号为所测最新一条参考板（Ref ）曲线，为默认选择。“Ref.type ”表示选择参考板类型；“1－W2－G ”表示：键入“1”选择白板（W 表示white ）；键入“2”选择灰板（G 表示gray ）。最后，按下“↙”键，屏幕上即可显示出所选目标的反射比曲线。两种参考板的反射比数据事先已由主机程序传入，存储在内部
RAM 里，无需用户考虑（ISI921VF-512不包含此项功能）。
5-6〖Test 〗检验测试
在主菜单上键入“5”选择此功能。测量过程类似上述〖Reference 〗参考板测量和6-3〖Target 〗目标测量功能，但是，数据不存储，所以，显示的光谱曲线号为无效编号（从0700开始）。此功能只是为了给用户提供一个判定客观环境和系统功能是否正常的窗口。所显示的光谱曲线号仅为测试计数，不破坏原光谱曲线号的计数。此功能一旦进入，即开始自动测量，用户不用按任何键。需退出时，按“Rst ”键。在正进行中的测量完成后退回主菜单。
5-7〖Communes 〗通讯
1、使用通讯电缆联接计算机USB 口和仪器的USB 口插座。（这时检查计算机“控制面板”的系统硬件，在“端口”下应该有COM5口；若没有，请关断仪器电源，重新连接。）
2、 计算机运行ISI921VF.EXE ，进入数据处理程序界面；
3、 计算机选择菜单“文件\设置”或工具按钮“设置”，弹出选择文件窗口，选择好相关的文件和参数；激活菜单“文件\通讯”或工具按钮“传输”。
4、 计算机选择菜单“文件\通讯”或工具按钮“传输”，弹出数据传输窗口；此处用户可以更改传输路径及在选定的路径下创建新文件夹。
5、 这时在仪器主菜单上选择“6”，进入通讯功能的“联机”等待状态：
6、在计算机上数据传输窗口中按下“联机”命令按钮，若有显示“联机成功！”则表示双方联机成功，即可进行以下传输；若联机不通，检查计算机“控制面板”的系统硬件，看看在“端口”下有无COM5口；若没有，请关断仪器电源，重新连接。
7、这时仪器的屏幕显示如下；分别输入待传输文件的起始文件号（Strcode ）和截止文件号（Endcode ），按下“↙”键；
8、计算机上按下“开始传输”钮；传输开始；传入的光谱数据文件存储到您选择的路径下。传输结束后，传输结束会弹出信息框“数据传输完毕”。仪器面板上显示：
每次传输，硬盘上相同路径下的旧文件会被新的同名文件覆盖，所以每次在传输数据之前，注意创建新的子目录或做好旧文件的备份工作。
5-8〖WaterTest〗水测量
在仪器主菜单上键入“7”选择此功能。屏幕显示
测水时间间隔以100ms为单位，设置两位数XX，每两次测量间隔为XX×100ms。
在次项测量时，关闭“AutoGain”，即在“Setup”中把“AutoGain”设置为“OFF”；用户自己设置“Gain”和“Inte”。为保证能够快速测量，一般设置“Inte”为“0”。
数据在传输到计算机进行数据处理时，生成的光谱文件自动以“.wat”作为文件的扩展名；表示此数据为测水数据文件。
5-9〖RealImage〗实时图象
此项功能需要在PC机实时控制下完成。之前需把图象采集卡、仪器机箱用专用电缆与PC机的USB接口连接好。仪器主控机键入“8”即可。屏幕显示：
之后等待PC机的联机、采集指令，自动完成各操作。直至PC机发出“停止采集”指令，才退回主菜单。
6、数据处理
6-1数据格式
光谱数据文件以文本形式存储。每个文件前八行为文件信息；包括：文件名（第一行）、
增益（Gain）、积分时间(Int.Time)、测量时间（Time）、最大值（Maximum）、最小值（Minimum）及经纬度（若仪器无此功能，则此信息无效）。以下为256/128个波长点及其对应的光谱数据。数据已进行过归一化处理。文件扩展名为“.ref”、“.tar”、、“.wat”，应该分别代表“参考板”、“目标”及“水”的测量；在菜单“处理\计算反射率”下或工具按钮“计算反射率”下，用户可根据弹出的窗口中各命令按钮的要求，依次选择相应的文件进行光谱反射率计算；用户可在信息框中输入需要记录的文件信息，该信息随本光谱反射率数据一同存储，位于反射率文件第二行。
6-2数据传输
要进行数据处理，首先需要把仪器中储存的测量数据传输到计算机里。具体操作：
①、在计算机上运行数据处理程序“ISI921VF.EXE”，出现以下窗口：
②、选择菜单“文件=》设置”或单击“设置”工具按钮进行相关文件的选择和有关参数的设置(如
下图)：
在这个窗口里选择数据传输必须的波长文件、传输路径、探测器相元数等文件参数以及计算目标反射率所必须得参考板反射比文件。窗口下方显示这些信息，有些参数设定了默认值，用户可以重新选择以改变此默认值。所需文件参数都设定完毕后退出此窗口。在波长文件选定之前，“传输文件”按钮是禁用的；只有选定了波长文件，此按钮才被激活。
③、选择菜单“文件=》通讯”或单击“传输文件”按钮进入数据传输功能(如下图)：
在此窗口中，可以修改在上一窗口中设置的传输路径，还可以在设定的路径下创建新的文件夹。也
可以直接进行“联机”、传输。只有在联机成功后，“传输”按钮才被激活。
注：在按下“联机”按钮之前，仪器方面，应先按下“6”，进入通讯等待状态。
传输开始后，窗口下放的信息框内显示传输的文件总数、已完成传输的文件数量及当前的传输路径。
④、按照“5-7〖Communes〗通讯”介绍的详细步骤操作即可。
⑤、单击“返回”，即退回主界面。
6-3打开文件（光谱文件、反射率文件）
选择第四\五个工具按钮；该功能只能在坐标图上显示一条数据。即每次打开一条数据会清除原坐标图上的曲线。
选择菜单“显示”中“显示光谱文件”或“显示反射率文件”，也可以单击第四或第五个工具按钮进入文件显示功能；在弹出的对话框里，选择好待打开文件，单击“打开”即可(如下图)。
坐标图上显示的是曲线，右侧的列表中是曲线数据，而上方的文本框里是该数据相关信息。
6-4重叠显示文件（光谱文件、反射率文件）
选择第六个工具按钮；该功能能在坐标图上显示多条数据。即每次打开一条数据不清除原坐标图上
的曲线(见下图)；具体操作与上述相同。
6-5计算反射率
选择第八个工具按钮；此功能用来计算目标物质的反射率。（见下图）
按照弹出窗口上各命令框中字样提示，选择好所需各文件：①“参考板文件（.ref）”是指仪器测量的所选参考板的光谱文件；②“目标文件（.tat）”是指仪器测量的目标物质的光谱文件；也是您要计算反射率的物质。
两个数据文件都选好后，激活“计算反射率”命令钮，单击之，在弹出的信息框中输入有关信息（也可为空），确定后即可。算好的反射率文件（.spt）保存在目标文件（.tat）所在目录下；同时显示在坐标图上。
6-6打印（打印光谱文件、打印反射率文件）
由于光谱文件、反射率文件类型不同，所以分为两个不同功能；分别为第九、第十个命令钮，也可用菜单选择。选择此功能后，会弹出通用的打印对话框（见下图）；
象一般的打印操作一样，确定后，即可打印出坐标图上显示的曲线。
6-7累加平均
此功能用于对采样数据或反射比数据进行累加平均。在计算机程序主界面上选择工具按钮“累加平均”，会弹出一个小窗口（如下图）：
在此窗口中，按下“选择文件”钮，文件栏激活，此时，就可以任意选择采样数据文件或反射比数据文件；按住计算机键盘“Ctrl”键，可以连续在文件栏中选择多个文件进行累加平均运算；按下“累加平均”钮，即开始计算；在弹出的信息输入框中可输入信息，也可为空；在弹出的保存对话框中，可键入新的文件名保存此平均值文件。
注：应该把此平均值文件保存为原文件相同的类型，即，用同原文件相同的扩展名。
五实验要求
每5-6个同学为一组，独立完成实验，至少测10种地物，每种地物测5次；并提交书面实验报告。实验内容包括：实验目的、实验原理及方法、实验仪器、实验结果与分析。
实验结果与分析具体内容：准确绘出所测地物光谱反射率曲线图；根据所绘曲线，比较不同地物的反射率的差异。
实验一 地物光谱反射率的野外测定 一、实验目的 1、学习地物光谱的测定方法 2、认识地物光谱反射率的规律 3、掌握绘制地物反射光谱曲线的方法 二、原理及方法 地物光谱反射率的野外测定原理主要是利用电磁辐射和各地物光谱特征进行测定（参照课本）。 实验采用垂直测量方法，计算公式为： ()()()() λρλλλρs Vs V ?= 式中， ()λρ为被测物体的反射率，()λρs 为标准板的反射率，()λV ，()λVs 分别为测量 物体和标准板的仪器测量值。 三、实验仪器 1、可见光－近红外光谱辐射计，波长范围0.4—2.5μm(有0.4—1.1μm 或1.3—2.5μm 二种仪器)，仪器性能稳定，携带方便，数据提取容易。表1.1列出了目前常用的光谱仪。 2、标准参考板（白板或灰板）。 表1.1常见的光谱辐射仪
四、实验步骤 1、测量目标和条件的选择 环境：无严重大气污染，光照稳定，无卷云或浓积云，风力小于3级，避开阴影和强反射体的影响（测量者不穿白色服装）。 时间：地方时9：30—14：30。 取样：选择物体自然状态的表面作为观测面，取样面积大于地物自然表面起伏和不均匀的尺度，被测目标面要充满视场。 标准板：标准板表面与被测地物的宏观表面相平行，与观测仪器等距，并充满仪器视场，保证板面清洁。 2、记录测量目标基本信息 主要内容如下： 土壤：土类、土属、土种；地貌类型、成土母质、侵蚀状况；干湿度、粗糙度等。 植被：植物名称、所属类别、覆盖率、生长状况、叶色、高度等。 水体：水体名称、水体状况、水色、水温、透明度、泥沙含量、叶绿素含量、污染状况等。 人工目标：目标名称、内容描述、估算面积、几何特征、表面颜色、坡度、坡面等。 岩矿：岩矿名称、所属类别、植被覆盖及名称、土壤覆盖及名称、岩矿露头面积、所属构造、地质年代、风化状况等。 3、记录环境参数 主要内容如表1.2，内容由教学教师定，制成表格填写。见附表。 4、安装仪器开始测试 ①对准标准板，读取数据为Vs。 ②移开标准板对准地物，读取数据Vg。 ③重复步骤①②，测量5—9次，记录数据，计算平均值。 ④更换目标，做好信息记录，重复①—③步骤。 ⑤整理数据，根据上述公式计算反射率 ()λ ρg ，标准 ()λ ρs 为已知值。 仪器安装注意事项： 测量高度：仪器保持水平架设，离被测地物表面距离不小于1m。 几何关系：仪器轴线与天顶的倾斜角<±2°，标准面水平放置。
ASD 野外光谱仪操作规范 1 地物光谱测量原理 反射率（Reflectance ）定义为物体反射能量与入射能量的比值。光谱反射率（Spectral Reflectance ）为某个特定波长间隔下测定的物体反射率，连续波长测定的物体反射率曲线构成反射率波谱（Reflectance Spectrum ）。由于测定方式的差异，反射率波谱可以根据入射能量的照明方式及反射能量测定方式给定如下4种定义： (1) 方向－方向反射率波谱：入射能量照明方式为平行直射光，没有或可以忽略散射光；波谱测定仪器仅测定某个特定方向的反射能量。地物双向反射特性主要就是研究方向－方向反射率波谱。晴天条件下，以太阳光为照明光源，利用野外便携式地物光谱仪测定的地物反射率波谱就可以近似为方向－方向反射率波谱。方向－方向反射率的定义与二向反射率（Bidirectional Reflectance Distribution Function ，BRDF ）基本一致，其定义如下： (,)(,,,)(,)r r i i r r i i L E πθφρθφθφθφ= (1) ,,,i i r r θφθφ分别为入射方向的天顶角和方位角及观测方向的天顶角和方位角，(,)i i E θφ为(,)i i θφ方向直射辐射的辐照度值，(,)r r L θφ为传感器在观测方向(,)r r θφ测定的物体表面的辐亮度值。暗含假设目标物为朗伯体。 需要注意的是，公式(1)定义的方向－方向反射率测定要求其它入射方向没有任何散射光。 (2) 半球－方向反射率波谱：入射能量在2π半球空间内均匀分布，波谱测定仪器仅测定某个特定方向的反射能量。全阴天条件下，以太阳散射光为照明光源，利用野外便携式地物光谱仪测定的地物反射率波谱就可以近似为半球－方向反射率波谱。半球－方向反射率的定义如下， 2200(,) (,)(,)(,)cos sin r r r r r r d i i i i i i L L E E d πππθφπθφρθφθφθφθφ==?? (2) 式中d E 为2π半球空间内到达物体表面所有辐照度值的总和。 (3) 方向－半球反射率波谱：入射能量照明方式为平行直射光，没有或可以忽略散射光；波谱测定仪器测定2π半球空间的平均反射能量。利用积分球原理测定的物体反射率波谱就是方向－半球反射率波谱。方向－半球反射率的定义如下，
紫外可见漫反射光谱基本原理 前言: 1、紫外可见光谱利用的哪个波段的光？ 紫外光的波长范围为:10-400 nm; 可见光的波长范围:400-760 nm; 波长大于760 nm为红外光。波长在10-200 nm范围内的称为远紫外光,波长在200-400 nm的为近紫外光。而对于紫外可见光谱仪而言,人们一般利用近紫外光与可见光,一般测试范围为200-800 nm、 2、紫外可见漫反射光谱可以做什么？ 紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)可用于研究固体样品的光吸收性能,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、配位对称性等。 备注:这里不作详细展开,我们后面会结合实例进行分析。 3、漫反射就是什么？ 当光束入射至粉末状的晶面层时,一部分光在表层各晶粒面产生镜面反射(specular reflection);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(diffuse reflection)。 4、紫外可见光谱的基本原理 对于紫外可见光谱而言,不论就是紫外可见吸收还就是紫外可见漫反射,其产生的根本原因多为电子跃迁、 有机物的电子跃迁包括n-π,π-π跃迁等将放在紫外可见分光分度法中来介绍。 对于无机物而言:
a、在过渡金属离子-配位体体系中,一方就是电子给予体,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。其中,电荷从金属(Metal)向配体(Ligand)进行转移,称为MLCT;反之,电荷从配体向金属转移,称为LMCT、 b、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。 c、贵金属的表面等离子体共振: 贵金属可瞧作自由电子体系,由导带电子决定其光学与电学性质。在金属等离子体理论中,若等离子体内部受到某种电磁扰动而使其一些区域电荷密度不为零,就会产生静电回复力,使其电荷分布发生振荡,当电磁波的频率与等离子体振荡频率相同时,就会产生共振。这种共振,在宏观上就表现为金属纳米粒子对光的吸收。金属的表面等离子体共振就是决定金属纳米颗粒光学性质的重要因素。由于金属粒子内部等离子体共振激发或由于带间吸收,它们在紫外可见光区域具有吸收谱带。 5、紫外可见漫反射光谱的测试方法——积分球法 积分球又称为光通球,就是一个中空的完整球壳, 其典型功能就就是收集光。积分球内壁涂白色漫反射层(一般为MgO或者BaSO4),且球内壁各点漫反射均匀。光源S在球壁上任意一点B上产生的光照度就是由多次反射光产生的光照度叠加而成的。
健康的绿色植被的光谱反射特征 地面植物具有明显的光谱反射特征,不同于土壤、水体与其她的典型地物,植被对电磁波的响应就是由其化学特征与形态学特征决定的,这种特征与植被的发育、健康状况以及生长条件密切相关。 在可见光波段内,各种色素就是支配植物光谱响应的主要因素,其中叶绿素所起的作用最为重要。健康的绿色植被,其光谱反射曲线几乎总就是呈现“峰与谷”的图形,可见光谱内的谷就是由植物叶子内的色素引起的。 例如叶绿素强烈吸收波谱段中心约0、45um与0、67um(常称这个谱带为叶绿素吸收带)的能量。植物叶子强烈吸收蓝区与红区的能量,而强烈反射绿区能量,因此肉眼觉得健康的植被呈绿色。除此之外,叶红素与叶黄素在0、45um(蓝色)附近有一个吸收带,但就是由于叶绿素的吸收带也在这个区域内,所以这两种黄色色素光谱响应模式中起主导作用。 如果植物受到某种形式的抑制而中断了正常的生长发育,它会减少甚至停止叶绿素的产生。这将导致叶绿素的蓝区与红区吸收带减弱,常使红波段反射率增强,以至于我们可以瞧到植物变黄(绿色与红色合成)。 从可见光区到大约0、7um的近红外光谱区,可瞧到健康植被的反射率急剧上升。在0、7-1、3um区间,植物的反射率主要来自植物叶子内部结构。 健康绿色植物在0、7-1、3um间,的光谱特征的反射率高达(45%-50%),透过率高达(45%-50%),吸收率低至(<5%)。植物叶子一般可反射入射能量的 40%-50%,其余能量大部分透射过去,因为在这一光谱区植物叶子对入射能量的吸收最少(一般少于5%)。 在光谱的近红外波段,植被的光谱特性主要受植物叶子内部构造的控制。在可见光波段与近红外波段之间,即大约0、76um附近,反射率急剧上升,形成“红边”现象,这就是植物曲线的最为明显的特征,就是研究的重点光谱区域。 许多种类的植物在可见光波段差异小,但近红外波段的反射率差异明显。同时,与单片叶子相比,多片叶子能够在光谱的近红外波段产生更高的反射率(高达85%),这就是因为附加反射率的原因,因为辐射能量透过最上层的叶子后,将被第二层的叶子反射,结果在形式上增强了第一层叶子的反射能量。
竭诚为您提供优质文档/双击可除无水乙醇红外光谱分析实验报告 篇一：红外光谱分析实验报告 一、【实验题目】 红外光谱分析实验 二、【实验目的】 1.了解傅立叶变换红外光谱仪的基本构造及工作原理 2.掌握红外光谱分析的基础实验技术 3.学会用傅立叶变换红外光谱仪进行样品测试 4.掌握几种常用的红外光谱解析方法 三、【实验要求】 利用所学过的红外光谱知识对碳酸钙、聚乙烯醇、丙三醇、乙醇的定性分析制定出合理的样品制备方法；并对其谱图给出基本的解析。 四、【实验原理】 红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在0.78～300μm。通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在0.78～2.5μm（波数在12820～
4000cm-1），又称泛频区；中红外区：波长在2.5～25μm（波数在4000～400cm-1），又称基频区；远红外区：波长在25～300μm（波数在400～33cm-1），又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。 红外区的光谱除用波长λ表征外，更常用波数（wavenumber）σ表征。波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。其关系式为： 作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为"分子指纹"。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸气压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具-红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪 等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜。因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振动的形式。因此，特征吸收
山西师范大学实验报告 时间：2011年9月20日 学院：城环学院班级：0904班姓名：任红霞实验名称：地物光谱反射率的测定气压：常压温度：15℃ 实验目的： 1．学习地物光谱反射率的测定方法； 2．认识地物光谱反射率的规律。 实验仪器： 1．便携式地物波谱仪 2．标准参考板 实验步骤： 1．光谱仪、计算机充电。 2．连接电池、网线、探头电源、光纤，准备好白板。 3．打开光谱仪电源，然后打开计算机电源，并启动RS3软件。 4．在软件上调整光谱平均、暗电流平均和白板采集平均次数。 5．在软件中选择或填写需要存储数据的路径、名称和其他内容。 6．开始测量： （1）打开探头电源，探头放在白板上面，点击OPT优化； （2）探头仍然对准白板，点击WR采集参比光谱。此时，软件自动进入反射率测量状态。 （3）探头移向被测目标的测量位置，按空格键存储采集到的目标反射光谱。7．先关闭计算机再关闭仪器。 8．分析实测结果： （1）准确绘出地物光谱反射率曲线；
玄武岩反射率曲线 页岩反射率曲线 （2）根据地物光谱反射率曲线，比较地物光谱曲线特征； -2000 0200040006000 8000100003504445386327268209141008110211961290138414781572166617601854194820422136223023242418 wavelength D N 玄武岩页岩 通过图片可以明显看出,玄武岩和页岩在不同波段有相同的变化规律,而玄武岩的反射率在各波段普遍低于页岩.
（3）分析实习过程中可能引起误差的因素。 在波长为1000纳米及1850纳米附近,曲线有较大的跳跃,造成这样现象的原因,可能是由于预热时间不充足,电压不稳定,也有可能是由于不同波段的光纤出现交叉.
专题二地表反照率 不同积雪及雪被地物光谱反射率特征与光谱拟合 张佳华1* 周正明1王培娟1沙依然2许云1孟倩文1 （1. 中国气象科学研究院，北京100081；2. 新疆气候中心，乌鲁木齐，830002） 摘要：积雪覆盖是影响全球气候、水循环的重要特征参数，准确测量和分析积雪光谱特征是提高遥感反演积雪特征的重要途径。本文在试验场基于野外光谱辐射仪测定了北京地区多种地表积雪和雪被地物的光谱，并对测得光谱数据进行分析。结果表明，对于纯雪光谱，反射率的峰值明显集中在从可见光波段到800n m 波段位置，积雪光谱具有反射率稳定较高的特点；在1030nm附近，光谱出现了一个明显的吸收谷。由于水的强吸收，积雪光谱在1500nm和2000nm附近的反射率几乎降到了0；在300-1300nm、1700-1800nm、2200-2300nm处，老雪和融化的雪反射峰比起新雪有不同程度的下降，最低为压实冻结的冰雪。对积雪和植被混合象元的光谱特性分析表明：雪被地物（包括覆有积雪的松叶和有积雪背景的松叶），由于受积雪的影响下，在350-1300nm光谱的反射率有所增加，但主要的植被光谱特性仍然保留得比较完整。最后，本文依据积雪、植被和混合光谱的定量分析，建立了混合光谱的拟合方程，结果显示模拟的混合光谱与实测光谱有较好的相关性（复相关系数R2=0.952）。 关键词：积雪; 光谱特征; 光谱拟合; ASD野外光谱仪 Spectrum reflectance characteristics of different snow and snow –covered land surface objects and mixed spectrum fitting ZHANG Jia-hua1*,ZHOU Zheng-ming1 , WANG Pei-juan1, SHA Yi-ran2, XUN Yun1, MENG Qian-wen1 (1. Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081,China; 2. Xinjiang Climate Center of, Urumqi,830002, China ) *通讯作者简介：张佳华 联系方式：zhangjh@https://www.doczj.com/doc/1d16560665.html, 33
红外光谱实验报告 一、实验目的 掌握压片法固体制样技术，了解红外分光光度计的工作原理，学习红外光谱图的解析。 二、实验原理 红外吸光谱是物质分子中各种不同基团的振动能级的跃迁，且也伴随有转动能级的跃迁，对不同频率红外光产生选择性吸收所造成的。 基团的振动频率和吸收强度与组成基团的原子质量、化学键类型以及分子的几何构型有关，因此红外吸收光谱的吸收峰对各种不同的化学基团具有犹如人的指纹的特征性，可以此来鉴定未知化合物的功能团。 用红外吸收光谱进行定性分析，可在同样测试条件下，分别测定未知试样和已知标准试样的图谱，如萨特斯红外光谱图，在前两者都不具备的条件下，可以按特征区和指纹区的吸收峰，推测某些功能团的存在，然后用制备模型化合物来验证鉴定。 三、实验步骤 取少量（约1～2g）干燥过的杉木的木粉在玛瑙缽中充分磨细，再加入（木粉∶KBr=1∶100）干燥的KBr粉末，继续磨研几分钟，直到完全混合均匀，并将混合物在红外灯下烘干，约取10小勺混合物于压膜内，在压片机（调至60MPa）上压2分钟，然后泄压取出，即可得一薄透明薄片，把此薄片装于薄片夹持器上，然后在傅立叶变换红外光谱仪上进行测定分析。 四、结果讨论 木材红外光谱图，一般通过将木材分离成单一的组分进行红外光谱分析，然后再进行综合对比推断吸收峰的归属。 纤维素——特征吸收峰为2900 cm-1、1425 cm-1、1370 cm-1和895 cm-1，并且可用这几个特征峰计算纤维素的结晶度。 半纤维素——有1730 cm-1附近的乙酰基和羧基上的C=O伸缩振动吸收峰。
木质素——最为复杂，同时也是研究最多的木材组分。 上述试样所得的透明薄片在红外光谱仪上所得的图如下： 500750 10001250 150017502000250030003500 4000 1/cm 2025 30 35 40 45 50%T 3419.79 2924.09 2328.08 2146.772065.76 1734.01 1633.71 1510.26 1452.40 1375.25 1267.23 1155.36 1049.28 804.32 663.51 613.36 杉木syc 1．在3419.79cm -1处有-OH 伸缩振动出现.（木质素、糖类） 2．2924.09 cm -1处有一吸收峰，在3000 cm -1以下，说明存在饱和的C-H 伸缩振动，不饱和的C-H 伸缩振动则出现在3000 cm -1以上；（木质素、糖类） 3．1734.01 cm -1处有一吸收峰，说明存在C=O 伸缩振动；（半纤维素） 4．1633.71 cm -1吸收峰较强，可以判断存在C=O 基和芳环中C=C ； 5．1510.26 cm -1出现了吸收峰，表示有芳香族骨架震动；（木质素） 6．1452.10 cm -1出现了吸收峰，存在非对称变形的-CH 3； 7．1375.25 cm -1出现了吸收峰，表示有对称变形的-CH 3出现；（纤维素、半纤维素） 8. 1267.23 cm -1出现了吸收峰，有C-O 伸缩振动存在；（木质素、木聚糖） 9. 1049.28 cm -1出现了较强吸收峰，有C-O-C 伸缩振动存在；（纤维素、半纤维素）
实验1 可见光与近红外波谱测试 1.1实习概述 按照国家光谱数据库数据测试参考标准选择典型进行地物反射、发射光谱测试。根据所测的光谱曲线特征选择最佳遥感波段和最佳遥感时间。 1.2实习目的 ①掌握地物反射、发射光谱特性的基本概念，特点； ②掌握典型地物光谱的测试方法和实验数据分析处理的基本流程和方法； ③分析影响地物波谱特性测定的因素；了解地物表面不同几何状况、含水状况、 风化状况、粗糙程度对反射、发射光谱的影响；了解多种地物光谱随时间变化的特征与规律；了解入射和观测角度变化对地物光谱的影响。 ④培养学生理论联系实际及知识的综合运用能力，为后续专业课程学习创造条 件。 1.3实习任务 测量试验区的植被、水、土壤、道路的光谱特性。要求测定不同植被、水、土壤、道路的波谱特性曲线，即每类地物至少选择5个小类（或样本）。 ①清水、营养化水、污染水反射光谱、发射光谱测试与特征分析； ②不同覆盖度、不同长势植被覆盖反射光谱、发射光谱测试与特征分析； ③城乡非自然目标反射光谱、发射光谱测试与特征分析； ④土壤反射光谱、发射光谱测试与特征分析； ⑤岩石反射光谱、发射光谱测试与特征分析。 要求：上述5个实验根据具体情况必作2个，选作1个。
1.4设备（软件）及资料准备 1.4.1 实习设备及软件 测定地物反射光谱特性的仪器是可见光、近红外光谱仪。仪器由收集器、分光器、探测器和显示或记录器组成。测定地物发射光谱特性的仪器是热红外波谱仪、热红外辐射计。 1.4.2 实习前准备工作 1.4. 2.1 光谱测试仪器的标定 测量仪器在采集数据前必须通过指定的定标实验室的定标检测，检验仪器的工作性能。仪器的定标在室定标和实验场地现场定标，并在提交数据时附上相应测量仪器的定标报告。若对同一种典型地物（农作物、岩矿、水体等）的相同观测项目采用不同型号的测量仪器，则必须在观测实验前到指定的实验室或实验场进行统一校准和比对：即在相同的条件下，同时测量同一目标，进行归一化处理，分析各仪器的误差，以精度高的仪器为准，进行误差订正，并在提交数据时应附上相应测量仪器的比对报告。其中波谱仪与辐射计的性能要求为： ⑴可见光、近红外波段波谱仪 ①波谱仪读数时间漂移最大值，在0.38－1.1μm 围平均不得超过3％； ②波谱仪的读数的线性度误差不得超过1％； ③波谱仪在0.38－1.1μm 围波长绝对误差平均不得超过0.8nm。 ⑵短波红外波段波谱仪 ①在1.1－2.5μm 围波谱仪读数时间漂移最大值，平均不得超过5％； ②波谱仪读数的线性度误差不得超过3％；
2013年5月13日不同塑料的红外光谱的测定（选做实验） 小组成员： 1153613 石鹏皓 1153624 方勇 1153633 艾万鹏 1153637 张姜 1153639 王悦 1153640 杨磊 1153643 黄心权 1153645 潘炯 分工明细： 软件操作：杨磊、艾万鹏 仪器操作：黄心权、张姜 材料制备：潘炯、石鹏皓 理论指导：方勇 报告撰写：王悦、杨磊 报告修订与整改：所有小组成员 一、实验目的 1、复习对红外图谱的解析，重温红外吸收光谱分析的基本原理； 2、通过红外吸收光谱的测定，熟料掌握Nicolet FT-IR的使用方法； 3、测定不同塑料的红外光谱，并进行比较，了解不同塑料制品的不同组成。 二、实验原理 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。红外光谱图通常用波长(λ)或波数(σ)为横坐标，表示吸收峰的位置，用透光率(T%)或者吸光度(A)为纵坐标，表示吸收强度。[1] 红外光谱作为“分子的指纹”，广泛用于分子结构和物质化学组成的研究。利用物质对红外光波的吸收不进行定性及定量的，不同的物质具有不同的化学键，其吸收波长不同，而对光波吸收的多少与物质的量成正比，因此可以用来定量。 本实验用Nicolet FT-IR来测定不同塑料的红外吸收光谱。 一些基本振动形式及频率有[2]： 1)亚甲基的反对称伸缩振动σas（CH2）2926cm-1；亚甲基的对称伸缩振动σs（CH2） 2853cm-1；
实验一 地物光谱反射率的野外测定 一 实验目的 1、学习地物光谱的测定方法 2、认识地物光谱反射率的规律 3、掌握绘制地物反射光谱曲线的方法 二 原理及方法 地物光谱反射率的野外测定原理主要是利用电磁辐射和各地物光谱特征进行测定（参照课本）。 实验采用垂直测量方法，计算公式为： ()()()()λρλλλρs Vs V ?= 式中， ()λρ为被测物体的反射率，()λρs 为标准板的反射率，()λV ，()λVs 分别为测量物体和 标准板的仪器测量值。 三 实验仪器 1、ISI921VF-256野外地物光谱辐射计，波段范围为可见-近红外的380~1050nm ，仪器性能稳定， 携带方便，数据提取容易。 2、标准参考板（白板或灰板）。 图1ISI921VF-256野外地物光谱辐射计 3、仪器介绍 3-1主机面板结构
图2.主机面板示意图 3-2光学头部结构
图3.光学头部 如图所示，光学头部上有以下部件： 电缆： 用于连接主机箱 镜头： 配有与主光轴平行的半导体激光指示器 把手： 手持之用，上置有“测量”和“指示”按钮（大拇指部位） 支架安装孔： 2个M4螺孔，用于固定安装 ※摄像头： 同步显示功能的图象获取；为选择配置 3-3 基本配置连接 注意：所有电气连接必须在关电的状态下进行，否则可能引起设备损害！ 3-3-1安装 如测试采用手持操作方式，则无需任何机械安装。 如采用手持测量杆，需事先使用两个M4×10螺钉将测量头部固定于测量杆顶部，并调整好所需的测量角度。 3-3-2测量工作 测量工作状态仅需主机和测量头部，无需连接电脑；如在非移动场合进行长时间连续测量，并欲同步查看测量曲线，也可同时连接笔记本或台式电脑。 3-3-3数据传输 数据传输时无需连接测量头部，只需使用通讯电缆连接主机的通讯端口和计算机的USB 口。电缆连接工作必须在关机状态下进行。 3-3-4 充电 充电时将充电器连接220V 电源，使用充电电缆连接充电器和主机。 四 实验步骤 1、测量目标和条件的选择 环境：无严重大气污染，光照稳定，无卷云或浓积云，风力小于3级，避开阴影和强反射体的影响（测量者不穿白色服装）。 时间：地方时9:30—14:30。 取样：选择物体自然状态的表面作为观测面，取样面积大于地物自然表面起伏和不均匀的尺度，被测目标面要充满视场。 标准板：标准板表面与被测地物的宏观表面相平行，与观测仪器等距， 并充满仪器视场，保证板面
紫外可见漫反射光谱基本原理 前言： 1.紫外可见光谱利用的哪个波段的光？ 紫外光的波长范围为：10-400 nm; 可见光的波长范围：400-760 nm; 波长大于760 nm为红外光。波长在10-200 nm范围内的称为远紫外光，波长在200-400 nm的为近紫外光。而对于紫外可见光谱仪而言，人们一般利用近紫外光和可见光，一般测试范围为200-800 nm. 2. 紫外可见漫反射光谱可以做什么？ 紫外可见漫反射（UV-Vis DRS）可用于研究固体样品的光吸收性能，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、配位对称性等。 备注：这里不作详细展开，我们后面会结合实例进行分析。 3. 漫反射是什么？ 当光束入射至粉末状的晶面层时，一部分光在表层各晶粒面产生镜面反射（specular reflection）；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（diffuse reflection）。 4. 紫外可见光谱的基本原理 对于紫外可见光谱而言，不论是紫外可见吸收还是紫外可见漫反射，其产生的根本原因多为电子跃迁. 有机物的电子跃迁包括n-π,π-π跃迁等将放在紫外可见分光分度法中来介绍。
对于无机物而言： a. 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。其中，电荷从金属（Metal）向配体(Ligand)进行转移，称为MLCT;反之，电荷从配体向金属转移，称为LMCT. b. 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。 c. 贵金属的表面等离子体共振： 贵金属可看作自由电子体系，由导带电子决定其光学和电学性质。在金属等离子体理论中，若等离子体内部受到某种电磁扰动而使其一些区域电荷密度不为零，就会产生静电回复力，使其电荷分布发生振荡，当电磁波的频率和等离子体振荡频率相同时，就会产生共振。这种共振，在宏观上就表现为金属纳米粒子对光的吸收。金属的表面等离子体共振是决定金属纳米颗粒光学性质的重要因素。由于金属粒子内部等离子体共振激发或由于带间吸收，它们在紫外可见光区域具有吸收谱带。 5. 紫外可见漫反射光谱的测试方法——积分球法 积分球又称为光通球，是一个中空的完整球壳, 其典型功能就是收集光。积分球内壁涂白色漫反射层（一般为MgO或者BaSO4），且球内壁各点漫反射均匀。光源S在球壁上任意一点B上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成的。
KBr压片法测定固体样品的红外光谱 一、实验目的 1、掌握红外光谱分析法的基本原理。 2、掌握Nicolet5700智能傅立叶红外光谱仪的操作方法。 3、掌握用KBr压片法制备固体样品进行红外光谱测定的技术和方法。 4、了解基本且常用的KBr压片制样技术在红外光谱测定中的应用。 5、通过谱图解析及标准谱图的检索，了解由红外光谱鉴定未知物的一般过程。 二、仪器及试剂 1 仪器：美国热电公司Nicolet5700智能傅立叶红外光谱仪；HY-12型手动液压式红外压片机及配套压片模具；磁性样品架；红外灯干燥器；玛瑙研钵。 2 试剂：苯甲酸样品（AR）；KBr（光谱纯）；无水丙酮；无水乙醇。 三、实验原理 红外吸收光谱法是通过研究物质结构与红外吸收光谱间的关系，来对物质进行分析的，红外光谱可以用吸收峰谱带的位置和峰的强度加以表征。测定未知物结构是红外光谱定性分析的一个重要用途。根据实验所测绘的红外光谱图的吸收峰位置、强度和形状，利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收带的归属，确认分子中所含的基团或键，并推断分子的结构，鉴定的步骤如下： (1)对样品做初步了解，如样品的纯度、外观、来源及元素分析结果，及物理性质(分子量、沸点、熔点)。 (2)确定未知物不饱和度，以推测化合物可能的结构； (3)图谱解析 ①首先在官能团区(4000～1300cm-1)搜寻官能团的特征伸缩振动； ②再根据“指纹区”(1300～400cm-1)的吸收情况，进一步确认该基团的存在以及与其它基团的结合方式。
图1 仪器的基本结构 四、实验步骤 1. 红外光谱仪的准备 （1）打开红外光谱仪电源开关，待仪器稳定30 分钟以上，方可测定； （2）打开电脑，选择win98系统，打开OMNIC E.S.P软件；在Collect菜单下的Experiment Set-up 中设置实验参数； （3）实验参数设置：分辨率 4 cm-1，扫描次数32，扫描范围4000-400 cm-1；纵坐标为Transmittance 2．固体样品的制备 （1）取干燥的苯甲酸试样约1mg于干净的玛瑙研钵中，在红外灯下研磨成细粉，再加入约150mg干燥且已研磨成细粉的KBr一起研磨至二者完全混合均匀，混合物粒度约为2μm以下（样品与KBr的比例为1:100~1:200）。 （2）取适量的混合样品于干净的压片模具中，堆积均匀，用手压式压片机用力加压约30s，制成透明试样薄片。 3．样品的红外光谱测定 （3）小心取出试样薄片，装在磁性样品架上，放入Nicolet5700智能傅立叶红外光谱仪的样品室中，在选择的仪器程序下进行测定，通常先测KBr的空白
东南大学材料科学与工程 实验报告 学生姓名XXX 班级学号XXX 实验日期2013.9.28 批改教师 课程名称材料性能测试（1）批改日期 实验名称粉体材料漫反射光谱测试实验报告成绩 一、实验目的： 1、了解固体材料光吸收机制。 2、掌握粉体材料漫反射光谱的测试方法。 二、实验原理 当光透过固体材料时，由于光与固体中的电子、原子（离子）间的相互作用，可以发生光的吸收。从微观过程来考虑，固体的吸收可能来自带间吸收（本 征吸收）、晶格振动吸收、自由电子吸收、激子吸收、杂质吸收、缺陷吸收等过 程。 光吸收率是材料的一个基本参数，其测量对材料的实际应用无疑很重要。 另外，研究固体的光吸收，可以直接获得有关电子能带结构、杂质缺陷态、原 子的振动等等多方面的信息。因此，光吸收率的测试对于工业实际应用和科学 研究均具有重要的意义。 通常晶体和薄膜的吸收率可通过透射谱的测量获得。但粉体材料由于强烈光散射，常采用漫反射谱的测量来分析其光吸收特性。漫反射光谱通常采用紫 外--可见--近红外分光光度计并结合积分球来测试，其测试原理如下图所示 光源的光经过单色仪筛选出某一波长的单色光，照射进积分球的样品表面，漫反射
光经积分球收集后，由光探测记录光强。通过与标样（无吸收，反射率100%）对比，反射率下降即由样品的吸收所引起，从而可以间接给出粉体材料内部的光吸收特性。 三、实验设备与材料 Cary5000紫外-可见-近红外分光光度计、积分球、样品池、药匙、WO3. 四、实验内容及步骤 1、将待测样品装入样品池； 2、先将参比样品放置在测试位置，关闭样品盖子，开启电脑，仪器初始化； 3、点击桌面“Cary WinUV”项，弹出窗口中点击“Scan”； 4、在Scan测试窗口内，点击“设置”按钮，设计参数； 5、选择“基线”按钮，进行基线矫正。移走参比标准样品，盖好样品仓盖子，进行零 点矫正； 6、放入样品，开始测试，存储文件（选择需要的类型）； 7、测试完毕，将参比标准样品放回测试位置，关闭样品仓盖子，关闭电脑和仪器。 五、实验结果 WO3漫反射光谱 六、实验分析
bc=380:10:730; data=[5.37 8.44 11.44 12.37 12.43 12.30 12.19 12.04 11.86 11.58 11.24 10.94 10.61 10.26 9.93 9.84 10.13 10.86 12.30 14.79 21.49 32.18 39.65 42.77 43.76 43.86 43.76 43.56 43.46 43.07 42.72 42.43 42.25 42.02 41.72 41.55 3.33 4.94 6.25 6.90 7.27 7.69 8.33 9.31 10.93 14.02 18.84 23.89 28.42 32.50 34.83 33.53 29.91 2 5.14 20.04 15.65 11.93 8.74 6.10 4.38 3.49 3.05 2.79 2.58 2.47 2.48 2.63 2.88 3.17 3.38 3.33 3.24 5.02 9.73 17.92 24.85 28.13 31.79 37.19 42.99 48.73 54.68 57.69 57.36 53.72 47.53 39.61 31.37 24.20 18.07 13.06 9.70 7.69 6.54 5.64 5.00 4.70 4.57 4.53 4.66 4.95 5.12 5.03 4.78 4.45 4.20 4.41 5.19 1.42 1.65 1.76 1.83 1.82 1.86 1.93 2.03 2.11 2.21 2.34 2.58 3.21 5.90 12.10 18.07 21.00 22.29 23.49 2 4.86 2 5.59 25.78 25.65 25.41 25.17 24.92 24.72 24.54 24.44 24.20 24.00 23.82 23.73 23.62 23.48 23.39 ]; hold on plot(bc,data(1,:),'-',... bc,data(2,:),'*-',... bc,data(3,:),':',...
地物光谱仪在野外光谱测量中的使用（一） 论文关键词地物光谱仪；野外测量；工作规范 论文摘要在遥感技术中，为了更精确地判读多光谱图像，掌握地面上各种地物的光谱辐射特性是十分重要的。介绍FieldSpec?悖HandHeld手持便携式 光谱分析仪的测量原理方法、工作规范及注意事项，概要地说明了影响光谱测量的因素。 在遥感领域中，为了研究各种不同地物或环境在野外自然条件下的可见和近红外波段反射光谱，需要适用于野外测量的光谱仪器。对野外地物光谱进行测量，我们使用的是美国 ASD公司FieldSpec?悖HandHeld手持便携式光谱分析仪。其主要技术指标为：波长范围为 300~1100nm光谱采样间隔为1.6nm, 灵敏度线性：土1% FieldSpec?悖HandHeld手持便携式光谱分析仪可用于户外目标可见一近红外波段的光谱辐射测量。该光谱仪在户外主要利用太阳辐射作为照明光源，利用响应度定标数据，可测量并获得地物目标的光谱辐亮度；利用漫反射参考板对比测量，可获得目标的反射率光谱信息；通过对经过标定的漫反射参考板的测量，可获得地面的总照度以及直射、漫射照度光谱信息；利用特定的辅助测量机械装置，可获得地面目标的BRDF（方向反射因子）光谱信 息参数。 为了使地物光谱数据可靠和高的质量，使数据便于对比和应用，有必要提出地物光谱测试规范和测量要求。 1仪器的标准和标定 1.1光谱分辨率 实用分辨宽度对0.04~1.10卩m小于5nm 1.1~2.5卩m小于15nm。对于FieldSpec?悖HandHeld手持便携式光谱分析仪，起始波长为325nm终止波长 为1075nm波长步长为1nm则光谱分辨率取3nm 1.2线性标定 线性动态范围有3个量级，最大信号对应为0.8~1.0，太阳常数照明的白板（V 90%）峰值响应输出。线性误差小于 3%（回归误差）。 1.3光谱响应度的标定 反射率小于、等于15%（大于1%）的目标，信噪比应大于10。反射率大于15%的目标，信噪比应大于20。 2野外测定方法与工作规范 2.1目标选取 选取测量目标要具有代表性，应能真实反映被测目标的平均自然性。对于植被冠层及用物的测量应考虑目标和背景的综合效应。 2.2能见度的要求
红外光谱实验报告 一、实验原理： 1、红外光谱法特点： 由于许多化合物在红外区域产生特征光谱，因此红外光谱法广 泛应用于这些物质的定性和定量分析，特别是对聚合物的定性 分析，用其他化学和物理方法较为困难，而红外光谱法简便易 行，特别适用于聚合物分析。 2、红外光谱的产生和表示 红外光谱定义：分子吸收红外光引起的振动能级跃迁和转动能级跃 迁而产生的吸收信号。 分子发生振动能级跃迁需要的能量对应光波的红外区域分类为： i.近红外区：10000-4000cm-1 ⅱ.中红外区：4000-400cm-1——最为常用，大多数化合物的化键振 动能级的跃迁发生在这一区域。 ⅲ.远红外区：400-10cm-1 产生红外吸收光谱的必要条件： 1）分子振动：只有在振动过程中产生偶极矩变化时才能吸收红外辐射。 ⅰ.双原子分子的振动：（一种振动方式）理想状态模型——把两个 原子看做由弹簧连接的两个质点，用此来 描述即伸缩振动；
图1 双原子分子的振动模型 ⅱ.多原子分子的振动：（简正振动，依据键长和键角变化分两大类） 伸缩振动：对称伸缩振动 反对称伸缩振动 弯曲振动：面内弯曲：剪切式振动 （变形振动）平面摇摆振动 面外弯曲振动：扭曲振动 非平面摇摆振动 ※同一种键型，不对称伸缩振动频率大于对称伸缩振动频率，伸缩振动频率大于弯曲振动频率。 ※当振动频率和入射光的频率一致时，入射光就被吸收，因而同一基团基本上总是相对稳定地在某一特定范围内出现吸收峰。ⅲ.分子振动频率： 基频吸收（强吸收峰）：基态到第一激发态所产生分子振动 的振动频率。 倍频吸收（弱吸收峰）：基态到第二激发态，比基频高一倍 处弱吸收，振动频率约为基频两倍。 组频吸收（复合频吸收）：多分子振动间相互作用，2个或2
TENSOR-27红外漫反射附件 一、漫反射原理及测量 （一）漫反射基本原理 当光照射到疏松的固态样品的表面时，除有一部分被样品表面立即反射出来（称为镜反射光）之外，其余的入射光在样品表面产生漫射，或在样品微粒之间辗转反射逐渐衰减，或为穿入内层后再折回的散射。这些接触样品微粒表面后被漫反射或散射出来的光具有吸收－衰减特性，这就是漫反射产生光谱的基本原因。漫反射装置的作用就是最大强度地把这些漫射、散射出来的光能收聚起来送入检测器，使得到具有良好信噪比的光谱信号。 （二）漫反射的测量 由于光线照射到固体样品上时，镜面反射和漫反射是同时存在的，将待测样品在合适的基质中稀释，能够有效的消除镜面反射和避免产生吸收峰饱和的现象。稀释基质应在研究波数范围内对IR光无吸收且有较高反射能力，常用的稀释基质有KCl和KBr等。卤化钾与样品的比例一般在20: 1至10: 1之间。测试时将卤化钾与样品混合装入样品槽即可测得混合粉末的漫反射谱，将该谱与卤化钾粉末的漫反射相比就得到样品的漫反射谱。 漫反射谱有两种表示方式，一种用漫反射率(漫反射光与入射光强度之比)来表示，另一种用Kubelka-Munk函数f(R∞)来表示。漫反射用于定量分析时，与样品浓度C呈线性关系的不是峰高，是根据Kubelka-Munk函数得出的f(R∞)。漫反射率和样品浓度的关系可由Kubelka-Munk方程来描述： f(R∞)=(1- R∞)2/2R∞=K/S 上式中f(R∞)称为K-M函数，R∞代表样品层无限厚时的漫反射率（实际上几个毫米厚度就可以了），K为样品的吸光系数，S为样品的散射系数（与样品粒度有关，粒度一定时为常数）。由于K与粉末样品浓度C成正比，由此可知，f(R∞)与C成正比，这是漫反射定量分析的依据。 下图为咖啡因的红外透射谱和K-M谱图：从图可以看出漫反射K-M图与透射吸收法得到的谱图形状基本一致。
093858 张亚辉 应化 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． 2(1)/2/R R K S ∞∞ -=
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