氙灯实验方法比较(详谈LED、氙灯、汞灯3种光源的区别，在光化学实验中到底如何选择)

Posted 2023-05-30

篇首语：如果，不能运气爆棚。那就，努力实力过人。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了氙灯实验方法比较(详谈LED、氙灯、汞灯3种光源的区别，在光化学实验中到底如何选择)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

氙灯实验方法比较(详谈LED、氙灯、汞灯3种光源的区别，在光化学实验中到底如何选择)

光化学实验中可能会用到的LED、氙灯、汞灯，这3种光源到底有哪些区别？

为了让时间紧迫的人能看到本文的重点内容，先将3种光源的对比表格放在最前面↓↓

太阳光、汞灯、氙灯、白光LED光谱对比

接下来将详细探讨3种光源的各自特点，干货都在下面↓↓建议看完后收藏，以后能用到也说不定哦。

一、LED光源

LED即发光二极管，发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的p-n结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。

当LED处于正向工作状态时，电流从LED阳极流向阴极，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

LED光源的光谱范围比太阳光谱范围窄，主要是在其特定的单色光波长范围内。光谱波长由短到长依次呈现为蓝色、绿色、黄绿色、黄色、黄橙色、红色，常见几种颜色的典型峰值波长分别为：紫外光365 nm、蓝色475 nm、蓝绿色500 nm、绿色525 nm、黄色590 nm、橙色610 nm、红色625 nm。

白光LED光谱图

LED的白光是由蓝色LED激发黄色荧光粉产生的，所以白光LED在480 nm附近会有能量缺失，因此白光LED与太阳光谱存在较大差异。LED光源通常也以色温来衡量：色温3000 k以下偏黄、3000～3300 k为暖白、4000～4500 k为自然白、6000～6500 k为正白、大于7000 k为冷白光。

LED光源主要用于单波长条件下的光化学研究，在光化学实验中，常常会使用一些单波长的LED光源，用来探究光催化量子效率。常用设备为：泊菲莱PLS-LED 100C大功率LED光源，这款LED光源除了白光系列（不同色温）、特殊灯珠系列外，还有近40种单波长可选，可覆盖365～940 nm波段。

泊菲莱PLS-LED 100C大功率LED光源

与汞灯、氙灯相比，LED光源具有单色性好、冷光源、长寿命、节能、环保等优点。

1.单色性好

对于单波长的LED，其半峰宽（FWHM）与输出波长有关，通常为10 nm，低于氙灯+滤光片，因此在进行量子效率测试时，LED光源能更准确的计算量子效率。

2.冷光源

LED光源为冷光源，与氙灯、汞灯的输出光相比，其几乎没有热量。因此，在进行光热催化实验或对输出光热量有要求时，LED光源具有明显优势，LED照射不会使反应体系发生明显的温度变化。

3.寿命长

LED主要是靠载流子的不断移动而发光，基本不存在老化和烧断的现象，这种发光机理决定了LED光源的发光寿命能长达10000 h，远高于氙灯和汞灯。

4.节能

前面提到LED光源为冷光源，几乎没有热量，因此与其它能产生很多热量的光源相比，LED光源消耗的能量会大大减少。

5.环保

LED为全固体发光体，其耐冲击不易破碎、废弃物可回收、不含汞和氙等有害元素。

介绍完LED光源，接下来一起来详细聊聊氙灯光源。

二、氙灯光源

氙灯是利用高气压或超高气压氙气的放电而发光的电光源，其发出的光为连续光谱，从200 nm～2000 nm都有能量分布，也就是说从紫外光到红外光的能量输出都是不间断的，尤其在可见光谱区，氙灯的能量分布特性和太阳光谱的能量分布特性极为相似。

因此国内外的学者常将氙灯作为太阳光的模拟光源，比如在光催化分解水制氢/氧/全分解水、CO₂还原、光降解等各类光催化实验中，氙灯光源就经常出镜。

常用设备有：泊菲莱科技的PLS-SXE 300、PLS-SXE 300D、Microsolar 300氙灯光源。

氙灯光谱中紫外的成分虽然没有汞灯强，但这并非意味着在需要紫外光的实验中就没氙灯的一席之地了。

PLS-SXE 300UV、PLS-SXE 300DUV、Microsolar 300（紫外加强型）氙灯光源就可以应用在偏重高能量紫外连续分布的研究中，比如模拟阳光中的紫外部分并做紫外加速实验等，这3款设备就可以解决以往紫外光实验中过于依赖汞灯光源的状况，并实现了一台光源同时具备研究紫外光和可见光的能力。

需要重点强调的是，紫外加强型的氙灯光源在紫外区的能量是连续分布的，并不像汞灯只有某几个特征峰的线光谱。（点击下方链接，了解氙灯更多详情↓）

如何选择光催化实验的光源，看完这篇就够了

除此之外，氙灯在近红外光谱区（800 nm～1200 nm）有很强的能量分布，所以氙灯也可以作为红外光源使用。

氙灯具备如下特点：

1.光谱形态接近太阳光谱

在光谱图中，可以清楚的看到太阳光谱与氙灯光谱的相似程度，如果有更高的需求，氙灯光源还可以搭配全反射滤光片+AM 1.5G滤光片的形式来获得更高拟合度的太阳光谱。

2.连续光谱

氙灯光源为连续光谱，当实验中需要连续光谱时，选氙灯就非常合适。不过氙灯光源可以通过滤光片、单色仪等配件实现窄带波长的输出，来用于量子效率的测量。目前泊菲莱科技在售的单色光滤光片共有15种，包含紫外、可见光区的常用波长。

泊菲莱部分单色滤光片

3.更高的光功率密度

氙灯光源在其出光口位置，光功率密度可达1500mW/cm²，远高于太阳光的光功率密度100mW/cm²，因此，氙灯光源在光催化实验中，能够更好的促进反应的进行。

到这里，氙灯的特点就介绍完了，最后一起来看看汞灯的特点。

三、汞灯光源

汞灯是利用汞放电时产生汞蒸气获得可见光的电光源，汞灯的光谱偏向于紫外区域，当一些实验中的催化剂只有紫外光响应，没有可见光响应时，就可考虑采用汞灯作为光源来模拟紫外光，比如TiO₂只有在紫外光下才能被激发产生电子空穴对，才会有较好的光催化性能。

与氙灯不同的是，汞灯所发出的光其光谱为特征谱线，典型波长为254 nm、313 nm、550 nm等，汞灯的输出光谱与汞蒸气的填充压力有关。

汞灯可分为低压汞灯、高压汞灯和超高压汞灯3种：

低压汞灯点燃时汞蒸气压<1 atm，此时汞原子主要辐射波长为253.7 nm的紫外线。

高压汞灯放电时波长253.7 nm的共振线（辐外光谱）被吸收，可见谱线强度增加，主要辐射的是404.7 nm、435.8 nm、546.1 nm和577.0～579.0 nm的可见谱线，此外还辐射较强的365.0 nm的长波紫外线。

超高压汞灯的工作时汞蒸气压>1 MPa，该灯从长波紫外到可见光都有很强的辐射，主要辐射波长在546.1 nm。

看完以上这些内容，相信对这3种光源的了解程度又加深了不少吧？有问题可随时在下方留言哦。

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