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人類藉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徵光譜線，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徵譜線，可以根據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。

光譜技術的發展歷程（圖片來源：ofweek光學網）

應用

測量光譜特性最方便的裝置是光譜儀，光譜儀的應用很廣，在農業、天文、汽車、生物、化學、鍍膜、色度計量、環境檢測、薄膜工業、食品、印刷、造紙、拉曼光譜、半導體工業、成分檢測、顏色混合及匹配、生物醫學應用、熒光測量、寶石成分檢測、氧濃度感測器、真空室鍍膜過程監控、薄膜厚度測量、LED測量、發射光譜測量、紫外/可見吸收光譜測量、顏色測量等領域都在發揮著巨大的作用。

光譜研究方法分類

按照波長分類

按照原理分類，光譜可分為發射光譜、吸收光譜和散射光譜。

按產生本質，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；發射光子時則形成發射光譜，為明亮彩色條紋。兩種光譜都不是連續的，且吸收光譜條紋可與發射光譜一一對應。每一種原子的光譜都不同，遂稱為特徵光譜。原子光譜法是由原子外層或內層電子能及的變化產生的，他的表現形式為線光譜。

常用的原子光譜有：

原子發射光譜法（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)

原子發射光譜法（AES）

原子發射光譜AES是根據每種原子或離子在熱或電激發下，發射出特徵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、檢測系統三部分組成。

?應用

根據樣品的特性選擇不同光源的原子發射光譜檢測儀器

原子吸收光譜法（AAS）

原子吸收光譜（AAS），即原子吸收分光光度法，是基於氣態的基態原子外層電子對紫外光和可見光範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，已廣泛用於冶金工業。吸收原子吸收光譜法是利用被測元素的基態原子特徵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）中殘餘元素的檢測。

原子熒光光譜法（AFS）

原子熒光光譜分析法（AFS）是20世紀六十年代中期以後發展起來的一種新的痕量分析方法。原子蒸氣受到具有特徵波長的光源照射後，其中一些自由原子被激發躍遷到較高能態，然後活回到某一較低能態（常常是基態）而發射出的特徵光譜叫做原子熒光。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）是基於以下反應將分析元素轉化為室溫下的氣態氫化物：

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原子汞，鎘和鋅可生成氣態組分，均可以用本方法分析。

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，目前主要用於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。

X射線熒光光譜法(XFS)

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量級時，核的內層電子吸收射線的輻射能量後發生共振躍遷，而在內層電子軌道上留下一個空穴，處於高能態的外層電子跳回低能態的空穴，將過剩的能量以X射線的形式放出，所產生的X射線即為代表各元素特徵的X射線熒光譜線。其能量等於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；測得譜線強度並與標準樣品比較，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

X射線熒光分析技術已被廣泛用於冶金、地質、礦物、石油、化工、生物、醫療、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，對產品和材料質量進行無損檢測，對人體進行醫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、環境科學等普遍採用的一種快速、準確而又經濟的多元素分析方法。

分子光譜

在分子中，電子態的能量比振動態的能量大50~100倍，而振動態的能量又比轉動態的能量大50~100倍。因此在分子的電子態之間的躍遷中，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：

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依據電子躍遷光譜，通常分子軌道基態外層電子處在，當分子外層吸收紫外或者可見輻射後，從基態向激發態躍遷。其中紫外光譜：200~400nm，可見400~780nm。其定性依據是不同物質對不同波長吸光度不同，定量依據是朗伯比爾定律 A= εbc 吸光度分子

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