來源：科袖網(wǎng)。
人類借助光認(rèn)知世界有兩種方式：一是光學(xué)成像，二是光譜分析。光學(xué)成像可以看到物質(zhì)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(zhì)成分信息，幫助我們看清事物的本質(zhì)。
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(zhì)和確定它的化學(xué)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(shù)的發(fā)展歷程（圖片來源：ofweek光學(xué)網(wǎng)）
測(cè)量光譜特性最方便的裝置是光譜儀，光譜儀的應(yīng)用很廣，在農(nóng)業(yè)、天文、汽車、生物、化學(xué)、鍍膜、色度計(jì)量、環(huán)境檢測(cè)、薄膜工業(yè)、食品、印刷、造紙、拉曼光譜、半導(dǎo)體工業(yè)、成分檢測(cè)、顏色混合及匹配、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用、熒光測(cè)量、寶石成分檢測(cè)、氧濃度傳感器、真空室鍍膜過程監(jiān)控、薄膜厚度測(cè)量、LED測(cè)量、發(fā)射光譜測(cè)量、紫外/可見吸收光譜測(cè)量、顏色測(cè)量等領(lǐng)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(zhì)，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(shí)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(shí)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(duì)應(yīng)。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(nèi)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)射光譜法（AES）
原子吸收光譜法（AAS）
原子熒光光譜法（AFS)
X射線熒光光譜法(XFS)
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(jìn)行元素定性和定量分析的方法。
?AES儀器結(jié)構(gòu)
AES儀器由光源、單色系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)三部分組成。
?應(yīng)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(cè)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(duì)紫外光和可見光范圍的相對(duì)應(yīng)原子共振輻射線的吸收強(qiáng)度來定量被測(cè)元素含量為基礎(chǔ)的分析方法，是一種測(cè)量特定氣態(tài)原子對(duì)光輻射的吸收的方法。
?應(yīng)用：
原子吸收光譜是分析化學(xué)領(lǐng)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(cè)元素的基態(tài)原子特征輻射線的吸收程度進(jìn)行定量分析的方法。既可進(jìn)行某些常量組分測(cè)定，又能進(jìn)行ppm、ppb級(jí)微量測(cè)定，可進(jìn)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(cè)。
原子熒光光譜分析法（AFS）是20世紀(jì)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(qiáng)度的高低可測(cè)得試樣中待測(cè)元素的含量。
氫化物-原子熒光（HG-AFS）是基于以下反應(yīng)將分析元素轉(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)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(shù)。檢測(cè)元素：As、Sb、Bi、Ge、Se、Pb、Te、Sn、Cd、Zn、Hg。
當(dāng)照射原子核的X射線能量與原子核的內(nèi)層電子的能量在同一數(shù)量級(jí)時(shí)，核的內(nèi)層電子吸收射線的輻射能量后發(fā)生共振躍遷，而在內(nèi)層電子軌道上留下一個(gè)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(nèi)殼層電子的能級(jí)差，即原子特定的電子層間躍遷能量。只要測(cè)出一系列X射線熒光譜線的波長，即能確定元素的種類；測(cè)得譜線強(qiáng)度并與標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用：
X射線熒光分析技術(shù)已被廣泛用于冶金、地質(zhì)、礦物、石油、化工、生物、醫(yī)療、刑偵、考古等諸多部門和領(lǐng)誠。X射線熒光光譜分析不僅成為對(duì)其物質(zhì)的化學(xué)元素、物相、化學(xué)立體結(jié)構(gòu)、物證材料進(jìn)行試測(cè)，對(duì)產(chǎn)品和材料質(zhì)量進(jìn)行無損檢測(cè)，對(duì)人體進(jìn)行醫(yī)檢和微電路的光刻檢驗(yàn)等的重要分析手段，也是材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等普遍采用的一種快速、準(zhǔn)確而又經(jīng)濟(jì)的多元素分析方法。
在分子中，電子態(tài)的能量比振動(dòng)態(tài)的能量大50~100倍，而振動(dòng)態(tài)的能量又比轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)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：
紫外可見分光光度法(UV-Vis),
紅外光譜法（IR）
分子熒光光譜法（MFS）
分子磷光光譜法（MPS）等
紫外可見分光光度法(UV-Vis)
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(dāng)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(zhì)對(duì)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(cè)器
?適用范圍
一般適用于有機(jī)物，尤其是含有發(fā)色光能團(tuán)、大共軛體系如含有苯環(huán)的有機(jī)物的測(cè)定
優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、選擇性好、準(zhǔn)確度好、通用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉
缺點(diǎn)：遠(yuǎn)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(qiáng)。可以用來檢驗(yàn)一些具有大的共軛體系或者發(fā)色官能團(tuán)，并作為其他方法的補(bǔ)充。
紅外光譜是反映分子的振動(dòng)情況。當(dāng)用一定頻率的紅外光照射某物質(zhì)分子時(shí)，若該物質(zhì)的分子中某基團(tuán)的振動(dòng)頻率與它相同，則此物質(zhì)就能吸收這種紅外光，使分子由振動(dòng)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(cè)定分子時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)不同強(qiáng)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(jìn)行物質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析和定量測(cè)定。
儀器結(jié)構(gòu)包括：光源，吸收池，單色器，檢測(cè)器
?應(yīng)用范圍：
紅外光譜可以研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，如力常數(shù)的測(cè)定和分子對(duì)稱性等，
利用紅外光譜方法可測(cè)定分子的鍵長和鍵角，并由此推測(cè)分子的立體構(gòu)型。
根據(jù)所得的力常數(shù)可推知化學(xué)鍵的強(qiáng)弱，由簡(jiǎn)正頻率計(jì)算熱力學(xué)函數(shù)等。
許多有機(jī)官能團(tuán)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(xué)結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。
?特點(diǎn)：
a).具有高度特征性。
b).應(yīng)用范圍廣，可分析有機(jī)化合物，無機(jī)化合物及高聚物。
c).操作簡(jiǎn)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(zhì)。
某些物質(zhì)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(biāo)，以熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)作圖，即為熒光激發(fā)光譜。
結(jié)構(gòu)：進(jìn)行分子熒光光譜分析的儀器稱熒光分光光度計(jì)。它由5 部分組成：光源；單色器；樣品池；檢測(cè)器；顯示裝置。
產(chǎn)生熒光的第一個(gè)必要條件是該物質(zhì)的分子必須具有能吸收激發(fā)光的結(jié)構(gòu)，通常是共軛雙鍵結(jié)構(gòu)；第二個(gè)條件是該分子必須具有一定程度的熒光效率，即熒光物質(zhì)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(yīng)用領(lǐng)域
熒光光譜儀被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、環(huán)境和生物化學(xué)領(lǐng)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(jī)理。
2.熒光光譜儀是研究藥物與蛋白質(zhì)相互作用的常用儀器。藥物與蛋白質(zhì)相互作用后可能引起藥物自身熒光光譜和蛋白質(zhì)自身熒光(內(nèi)源熒光)光譜以及同步熒光光譜的變化，如熒光強(qiáng)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(jìn)入第一激發(fā)三重態(tài)，再躍遷返回基態(tài)發(fā)出磷光，測(cè)定磷光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析的方法。
分子磷光與分子熒光的關(guān)系。
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