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來源：科袖網(wǎng)。 人類借助光認知世界有兩種方式：一是光學成像，二是光譜分析。光學成像可以看到物質世界的形狀、尺寸等外在信息；地球上所知的元素及其它們的化合物都有自己的特征光譜線，光譜分析可以獲得物質成分信息，幫助我們看清事物的本質。 每種原子都有自己的特征譜線，可以根據(jù)光譜來鑒別物質和確定它的化學組成，這種方法叫做光譜分析。光譜分析非常靈敏而且迅速，可以利用發(fā)射光譜，也模擬的自然光光譜圖案可以利用吸收光譜。 光譜技術的發(fā)展歷程（圖片來源：ofweek光學網(wǎng)） 測量光譜特性最方便的裝置是光譜儀，光譜儀的應用很廣，在農(nóng)業(yè)、天文、汽車、生物、化學、鍍膜、色度計量、環(huán)境檢測、薄膜工業(yè)、食品、印刷、造紙、拉曼光譜、半導體工業(yè)、成分檢測、顏色混合及匹配、生物醫(yī)學應用、熒光測量、寶石成分檢測、氧濃度傳感器、真空室鍍膜過程監(jiān)控、薄膜厚度測量、LED測量、發(fā)射光譜測量、紫外/可見吸收光譜測量、顏色測量等領域都在發(fā)揮著巨大的作用。 按照波長分類 按照原理分類，光譜可分為發(fā)射光譜、吸收光譜和散射光譜。 按產(chǎn)生本質，光譜可分為分子光譜與原子光譜。 今天，我們就從原子光譜法和分子光譜法的維度來介紹下光譜 原子光譜 原子光譜，是由原子中的電子在能量變化時所發(fā)射或吸收的一系列波長的光所組成的光譜。原子吸收光源中部分波長的光形成吸收光譜，為暗淡條紋；發(fā)射光子時則形成發(fā)射光譜，為明亮彩色條紋。兩種光譜都不是連續(xù)的，且吸收光譜條紋可與發(fā)射光譜一一對應。每一種原子的光譜都不同，遂稱為特征光譜。原子光譜法是由原子外層或內層電子能及的變化產(chǎn)生的，他的表現(xiàn)形式為線光譜。 常用的原子光譜有：
原子發(fā)射光譜AES是根據(jù)每種原子或離子在熱或電激發(fā)下，發(fā)射出特征的電磁輻射而進行元素定性和定量分析的方法。 ?AES儀器結構 AES儀器由光源、單色系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)三部分組成。 ?應用 根據(jù)樣品的特性選擇不同光源的原子發(fā)射光譜檢測儀器 原子吸收光譜（AAS），即原子吸收分光光度法，是基于氣態(tài)的基態(tài)原子外層電子對紫外光和可見光范圍的相對應原子共振輻射線的吸收強度來定量被測元素含量為基礎的分析方法，是一種測量特定氣態(tài)原子對光輻射的吸收的方法。 ?應用： 原子吸收光譜是分析化學領域中一種極其重要的分析方法，已廣泛用于冶金工業(yè)。吸收原子吸收光譜法是利用被測元素的基態(tài)原子特征輻射線的吸收程度進行定量分析的方法。既可進行某些常量組分測定，又能進行ppm、ppb級微量測定，可進行鋼鐵中低含量的Cr、Ni、Cu、Mn、Mo、Ca、Mg、Als、Cd、Pb、Ad；原材料、鐵合金中的K2O、Na2O、MgO、Pb、Zn、Cu、Ba、Ca等元素分析及一些純金屬（如Al、Cu）中殘余元素的檢測。 原子熒光光譜分析法（AFS）是20世紀六十年代中期以后發(fā)展起來的一種新的痕量分析方法。原子蒸氣受到具有特征波長的光源照射后，其中一些自由原子被激發(fā)躍遷到較高能態(tài)，然后活回到某一較低能態(tài)（常常是基態(tài)）而發(fā)射出的特征光譜叫做原子熒光。各種元素都有其特定的原子熒光光譜，根據(jù)原子熒光強度的高低可測得試樣中待測元素的含量。 氫化物-原子熒光（HG-AFS）是基于以下反應將分析元素轉化為室溫下的氣態(tài)氫化物：
式中的Em+ 是指可以形成氫化物元素的離子，如鉛、砷、銻、鉍、硒、碲、錫、鍺等，另外汞可以形成氣態(tài)原子汞，鎘和鋅可生成氣態(tài)組分，均可以用本方法分析。 ?應用： 原子熒光法的靈敏度較原子吸收法高，但沒有原子吸收法應用廣泛，目前主要用于Cd，Zn，Hg，As，Sb，Sn，Pb，Ga，In，Tl 等元素分析。 氫化物-原子熒光（HG-AFS）是具有有中國特色的分析技術。檢測元素：As、Sb、Bi、Ge、Se、Pb、Te、Sn、Cd、Zn、Hg。 當照射原子核的X射線能量與原子核的內層電子的能量在同一數(shù)量級時，核的內層電子吸收射線的輻射能量后發(fā)生共振躍遷，而在內層電子軌道上留下一個空穴，處于高能態(tài)的外層電子跳回低能態(tài)的空穴，將過剩的能量以X射線的形式放出，所產(chǎn)生的X射線即為代表各元素特征的X射線熒光譜線。其能量等于原子內殼層電子的能級差，即原子特定的電子層間躍遷能量。只要測出一系列X射線熒光譜線的波長，即能確定元素的種類；測得譜線強度并與標準樣品比較，即可確定該元素的含量。由此建立了X射線熒光光譜法(XFS)。
X射線熒光光譜儀分為：波長色散型和能量色散性
?應用： X射線熒光分析技術已被廣泛用于冶金、地質、礦物、石油、化工、生物、醫(yī)療、刑偵、考古等諸多部門和領誠。X射線熒光光譜分析不僅成為對其物質的化學元素、物相、化學立體結構、物證材料進行試測，對產(chǎn)品和材料質量進行無損檢測，對人體進行醫(yī)檢和微電路的光刻檢驗等的重要分析手段，也是材料科學、生命科學、環(huán)境科學等普遍采用的一種快速、準確而又經(jīng)濟的多元素分析方法。 在分子中，電子態(tài)的能量比振動態(tài)的能量大50~100倍，而振動態(tài)的能量又比轉動態(tài)的能量大50~100倍。因此在分子的電子態(tài)之間的躍遷中，總是伴隨著振動和轉動躍遷的，因而許多光譜線就密集在一起而形成分子光譜。因此，分子光譜又叫做帶狀光譜。 常用的分子光譜有：
UV-VIS依據(jù)電子躍遷光譜，通常分子軌道基態(tài)外層電子處在，當分子外層吸收紫外或者可見輻射后，從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷。其中紫外光譜：200~400nm，可見400~780nm。其定性依據(jù)是不同物質對不同波長吸光度不同，定量依據(jù)是朗伯比爾定律 A= εbc 吸光度分子
儀器組成：光源——單色器——狹縫——樣品池——檢測器
?適用范圍 一般適用于有機物，尤其是含有發(fā)色光能團、大共軛體系如含有苯環(huán)的有機物的測定 優(yōu)點：靈敏度高、選擇性好、準確度好、通用性強、操作簡單、價格低廉 缺點：遠不如紅外光譜好，很多化合物在紫外沒有吸收或者吸收很弱，而且紫外光譜特征性不強?？梢杂脕頇z驗一些具有大的共軛體系或者發(fā)色官能團，并作為其他方法的補充。 紅外光譜是反映分子的振動情況。當用一定頻率的紅外光照射某物質分子時，若該物質的分子中某基團的振動頻率與它相同，則此物質就能吸收這種紅外光，使分子由振動基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。因此，若用不同頻率的紅外光依次通過測定分子時，就會出現(xiàn)不同強弱的吸收現(xiàn)象。用Ｔ％－λ作圖就得到其紅外光吸收光譜。紅外光譜具有很高的特征性，每種化合物都具有特征的紅外光譜。用它可進行物質的結構分析和定量測定。
儀器結構包括：光源，吸收池，單色器，檢測器
?應用范圍： 紅外光譜可以研究分子的結構和化學鍵，如力常數(shù)的測定和分子對稱性等， 利用紅外光譜方法可測定分子的鍵長和鍵角，并由此推測分子的立體構型。 根據(jù)所得的力常數(shù)可推知化學鍵的強弱，由簡正頻率計算熱力學函數(shù)等。 許多有機官能團例如甲基、亞甲基、羰基，氰基，羥基，胺基等等在紅外光譜中都有特征吸收，這為最終確定未知物的化學結構奠定了基礎。 ?特點： a).具有高度特征性。 b).應用范圍廣，可分析有機化合物，無機化合物及高聚物。 c).操作簡便，分析速度快，不破壞樣品。不受樣品狀態(tài)影響。 d).靈敏度低，只能用于分析單一的純物質。 某些物質吸收了特征頻率的光子，變成第一激發(fā)單重態(tài)，在回到基態(tài)過程中發(fā)射出比原激發(fā)波長更長的熒光，以熒光波長為橫坐標，以熒光強度為縱坐標作圖，即為熒光激發(fā)光譜。
結構：進行分子熒光光譜分析的儀器稱熒光分光光度計。它由5 部分組成：光源；單色器；樣品池；檢測器；顯示裝置。 產(chǎn)生熒光的第一個必要條件是該物質的分子必須具有能吸收激發(fā)光的結構，通常是共軛雙鍵結構；第二個條件是該分子必須具有一定程度的熒光效率，即熒光物質吸光后所發(fā)射的熒光量子數(shù)與吸收的激發(fā)光的量子數(shù)的比值。 ?應用領域 熒光光譜儀被廣泛應用于化學、環(huán)境和生物化學領域。 1.是研究小分子與核酸相互作用的主要手段。通過藥物與核酸相互作用，使DNA與探針鍵合的程度減小，反映在探針熒光光譜的改變，從而可以了解藥物和核酸的作用機理。 2.熒光光譜儀是研究藥物與蛋白質相互作用的常用儀器。藥物與蛋白質相互作用后可能引起藥物自身熒光光譜和蛋白質自身熒光(內源熒光)光譜以及同步熒光光譜的變化，如熒光強度和偏振度的改變、新熒光峰的出現(xiàn)等。 處于第一最低單重激發(fā)態(tài)分子以無輻射弛豫方式進入第一激發(fā)三重態(tài)，再躍遷返回基態(tài)發(fā)出磷光，測定磷光強度進行定量分析的方法。 分子磷光與分子熒光的關系。
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