Spectroscopy) [7, 51, 101]
Khi dòng ánh sáng va đập vào mẫu rắn có hai loại phản xạ xảy ra: phản xạ
gương và phản xạ khuếch tán. Phản xạ gương (specular refectance) liên quan đến quá trình phản xạ của dòng tia tới và tia phản xạ có cùng góc (như gương phẳng). Phản xạ
khuếch tán (diffuse reflectance) liên quan đến dòng tia tới phản xạ theo tất cả mọi hướng. Phản xạ khuếch tán và phản xạ gương được minh hoạở hình 2.6.
Bức xạ phản xạ khuếch tán nằm ở vùng tử ngoại khả kiến hay vùng hồng ngoại còn gọi là phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (từ đây gọi là phổ UV-Vis- DR).
Đối với vật liệu hấp thụ ánh sáng khi dòng tia tới có cường độ (Io) chiếu vào vật liệu hấp thụ đi qua một lớp mỏng có độ dày là l, với hệ số hấp thụα. Cường độ (I) của tia ló được tính theo định luật hấp thụ ethanol - nước Lambert Beer:
l oe I
I = −α (2.11)
Khi kích thước của hạt nhỏ hơn tiết diện ngang của dòng tia tới nhưng lớn hơn tương đối độ dài bước sóng, hiện tượng nhiễu xạ cũng xảy ra bởi vì có sự giao thoa với các bước sóng khác. Trong vật liệu bột, các hạt có kích thước như vậy định hướng ngẫu nhiên theo các hướng khác nhau, một phần của ánh sáng tia tới sẽ đi trở lại bán cầu chứa nguồn tia sáng. Hiện tượng phát sinh từ sự phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ và hấp thụ bởi các hạt định hướng một cách ngẫu nhiên được gọi phản xạ khuếch tán, ngược với phản xạ gương trên bề mặt biên hạt. Đối với trường hợp phản xạ khuếch tán lý tưởng, sự phân bố góc (angular distribution) của tia phản xạ phụ thuộc vào góc tia tới
và tuân theo định luật Lambert Cosine (Lambert Cosine Law). Định luật này phát biểu rằng sự giảm cường độ tia bức xạ trên một đơn vị diện tích bề mặt là tỉ lệ với cosine của góc i của tia tới và cosin của tia ló e. Nếu kích thước của hạt tương tự hay nhỏ hơn bước sóng thì sựđóng góp của sự phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ vào cường độ và phân bố
góc của tia ló là tương đương và không thể tách ra được. Hiện tượng này được gọi là tán xạ (scatttering).
Việc đo cường độ phản xạ khuếch tán được thực hiện trên một phổ kế UV-Vis gắn với một thiết bị phản xạ khuếch tán (còn gọi là quả cầu tích phân) có khả năng tập hợp dòng phản xạ. Quả cầu tích phân là một quả cầu rỗng được phủ bên trong vật liệu trắng có mức độ phản xạ khuếch tán xấp xỉ 1. Quả cầu có một khe có thể cho dòng ánh sáng đi qua và tương tác với vật liệu cần đo và vật liệu so sánh. Vật liệu trắng với hệ số
khuếch tán cao thường là polytetrafluoroethylene (PTFE) hay barium sulfate (BaSO4). Phổ UV-Vis-DR rất nhạy với cách thức chuẩn bị mẫu đo. Không có một phương pháp phổ quát nào áp dụng cho các loại mẫu đo. Người đo phải cẩn thận xem xét đối với mẫu đo, yếu tố gì quyết định hình dáng của phổ và thông tin cần đo là gì. Kích thước hạt được cho là yếu tốảnh hưởng nhiều đến sự khuyếch tán. Thông thường, kích thước hạt nhỏ hơn 10 mm là thích hợp. Quá trình nghiền cũng ảnh hưởng đến sự phản xạ hay khuếch tán của mẫu, đặc biệt sự biến đổi dạng thù hình trong quá trình nghiền cũng cung cấp những thông tin sai lệch về mẫu (ví dụ goethite biến thành hematite).
Phổ UV-Vis-DR cung cấp các thông tin định tingh về màu trong các khoáng vật, về các dạng tồn tại của một số kim loại đa hoá trị trong oxide hay trong vật liệu silicate, cho phép tính các năng lượng vùng cấm của một số chất bán dẫn, v.v…
Trong luận án này phổ UV-Vis- DR được đo trên máy JASCO-V670.