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| 光譜分析方法介紹及光譜分析方法的分類匯總 | |||
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一、光譜法與非光譜法
凡是基于檢測能量作用于待測物質后產生的輻射信號或所引起的變化的分析方法均可稱為光學光譜分析法，常簡稱光分析法。根據測量的信號是否與能級的躍遷有關，光學分析法可分為光譜法和非光譜法兩大類。
非光譜法測量的信號不包含能級的躍遷，它是通過測量電磁輻射某些基本性質，如折射、散射、干涉、衍射和偏振等變化的分析方法。非光譜法不涉及物質內部能量的躍遷，不測定光譜，電磁輻射只改變了傳播方向、速度或某些物理性質。屬于這類分析方法的有折射法、偏振法、光散射法 (比濁法) 、干涉法、衍射法、旋光法和圓二色性法等。
光譜分析方法是基于物質與輻射能作用時，測量由物質內部發生量子化的能級之間的躍遷而產生的發射、吸收或散射輻射的波長和強度，以此來鑒別物質及確定它的化學組成和相對含量的方法。該方法是基于測量輻射的波長及強度。這些光譜是由于物質的原子或分子的特定能級的躍遷所產生的，根據其特征光譜的波長可進行定性分析；而光譜的強度與物質的含量有關，可進行定量分析。本書主要介紹光譜法。
二、光譜的種類
按波長區域不同，光譜可分為紅外光譜、可見光譜和紫外光譜等；按產生的本質產生光譜的基本微粒不同，光譜可分為原子光譜、分子光譜；按光譜表觀形態不同，光譜可分為線光譜、帶光譜和連續光譜；按產生的方式不同，光譜可分為發射光譜、吸收光譜和散射光譜。以下重點從產生方式不同介紹不同的光譜。
(1)發射光譜 物體發光直接產生的光譜叫做發射光譜。發射光譜可以區分為三種不同類別的光譜：線狀光譜、帶狀光譜和連續光譜。線狀光譜主要產生于原子，帶狀光譜主要產生于分子，連續光譜則主要產生于熾熱的固體或氣體放電。
(2)吸收光譜 當一束具有連續波長的光通過一種物質時，某些波長的光被物質吸收后光束中的某些成分便會有所減弱，就得到該物質的吸收光譜。幾乎所有物質都有其獨特的吸收光譜。原子的吸收光譜所給出的有關能級結構的信息同發射光譜所給出的是互為補充的。在吸收光譜中，有些吸收是連續的，稱為一般吸收光譜；有的顯示出一個或多個吸收帶，稱為選擇吸收光譜。所有這些光譜都是由于分子的電子態的變化而產生的。選擇吸收光譜在有機化學中有廣泛的應用，包括對化合物的鑒定、分子結構的確定、定性和定量化學分析等。
(3)散射光譜 當光照射到物質上時，除了可能發生部分光被吸收外，還發生散射。光束通過不均勻媒質時，部分光束將偏離原來方向而分散傳播的現象稱為散射。散射有丁鐸爾散射和分子散射兩種：當被照射顆粒直徑大于或等于入射光波長時，發生丁鐸爾散射，其散射光波長與入射光波長一致，較少用于分析；反之，當被照射顆粒直徑小于入射光波長時，發生分子散射。根據光與分子相互作用時是否有能量交換，分子散射分為兩種，一種沒有能量交換，即發生彈性碰撞，這種散射稱為瑞利散射；另一種有能量交換，這種散射稱為拉曼散射，拉曼散射光波長與入射光波長不一致。后一現象統稱為拉曼效應，這種現象于1928年由印度科學家拉曼所發現，因此這種產生新波長的光的散射被稱為拉曼散射，所產生的光譜被稱為拉曼光譜或拉曼散射光譜。
從廣義的光譜概念來說，質譜法以及與表面分析有關的各種譜法都可屬于光譜分析的范疇。
三、光譜分析方法的分類
(1)發射光譜法、吸收光譜法和散射光譜法 依據物質與輻射相互作用的性質，光譜分析法一般分為發射光譜法、吸收光譜法和散射光譜法三種類型。
發射光譜法是測量原子或分子的特征發射光譜，研究物質的結構和測定其化學組成的分析方法。發射光譜法主要包括：原子發射光譜法、分子磷光光譜法、化學發光法等。由于熒光光譜法測量的也是原子或分子的特征發射光譜，因此，所有的熒光光譜，包括原子熒光光譜、分子熒光光譜和X射線熒光光譜等均屬于發射光譜法。
吸收光譜法是通過測量物質對輻射吸收的波長和強度進行分析的方法。吸收光譜法包括原子吸收光譜法、紫外-可見分光光度法、紅外光譜法、電子自旋共振波譜法、核磁共振波譜法等。
散射光譜法用于物質分析的主要為拉曼光譜法。
(2) 原子光譜法和分子光譜法 依據物質與輻射相互作用之時發生能級躍遷的粒子種類不同，光譜分析法可分為原子光譜法和分子光譜法、原子光譜法是由原子外層或內層電子能級的變化產生的，由于原子的電子能級是量子化的，因此，原子光譜一般為線光譜。屬于這類分析方法的有原子發射光譜法、原子吸收光譜法、原子熒光光譜法以及X射線熒光光譜法。
分子光譜法是由分子中電子能級、振動和轉動能級的變化產生的，由于許多振動能級疊加在分子中基態電子能級上形成，而在振動能級上疊加了許多轉動能級，而電子能級、振動和轉動能級差越來越小，因此，分子中各種能量差的躍遷都有可能產生，分子光譜表現為一基本連續的帶光譜。屬于這類分析方法的有紫外-可見分光光度法、紅外光譜法、分子熒光光譜法和分子磷光光譜法等。
四、原子光譜法的種類
根據原子的激發方式和光的檢測方式不同，原子光譜法可分為原子發射光譜法 (AES)、原子吸收光譜法 (AAS) 和原子熒光光譜法 (AFS) 。
(1) 原子發射光譜法 用火焰、電弧、等離子炬等作為激發源，使氣態原子或離子的外層電子激發過程獲得能量，變為激發態原子M*，當從激發態過渡到低能態或基態時產生特征發射光譜即為原子發射光譜。利用原子發射光譜來定性定量分析的方法稱為原子發射光譜法。基于原子發射光譜法原理來進行分析的儀器叫原子發射光譜儀。
M*→M+hυ
(2) 原子吸收光譜法 當氣態原子所吸收的光源提供的電磁輻射能與該物質的原子的兩個能級間躍遷所需的能量滿足△E= hυ的關系時，原子將產生吸收光譜。利用原子吸收光譜來定量分析的方法稱為原子吸收光譜法。基于原子吸收光譜法原理來進行分析的儀器叫原子吸收光譜儀，也叫原子吸收分光光度計。
M+hυ→M*
(3) 原子熒光光譜法 氣態自由原子吸收光源的特征輻射后，原子的外層電子躍遷到較高能級，然后又躍遷返回基態或較低能級，同時發射出與原激發輻射波長相同或不同的輻射即為原子熒光 (光譜) 。利用原子熒光光譜來定量分析的方法稱為原子熒光光譜法。基于原子熒光光譜法原理來進行分析的儀器叫原子熒光光譜儀。原子熒光屬光致發光，也是二次發光。通常在與激發光源成一定角度(通常為90°)的方向測量熒光的強度來進行定量分析。
五、發射光譜法和吸收光譜法的種類
根據發射光譜所在的光譜區和激發方法不同，發射光譜法分為：γ射線光譜法、X射線熒光分析法、原子熒光分析法、分子熒光分析法、分子磷光分析法、化學發光分析法。
根據吸收光譜所在的光譜區不同，吸收光譜法可分為Mossbauer(莫斯鮑爾)譜法、紫外-可見分光光度法、原子吸收光譜法、紅外光譜法、核磁共振波譜法。利用吸收光譜可進行有機化合物結構鑒定，以及分子的動態效應、氫鍵的形成、互變異構反應等化學研究。
六、Raman散射光譜
前面已經介紹，這種有能量交換并產生新頻率的散射稱為Raman散射(拉曼散射)。這種散射是光子與物質分子發生能量交換引起，即不僅光子的運動方向發生變化，它的能量也生變化。這種散射光的頻率與入射光的頻率不同，稱為Raman位移。Raman位移的大小與分子的振動和轉動的能級有關，利用Raman位移研究物質結構的方法稱為Raman光譜法。
拉曼效應起源于分子振動 (和點陣振動) 與轉動，拉曼頻率及強度、偏振等標志著散射物質的性質，因此從拉曼光譜中可以得到分子振動能級 (點陣振動能級) 與轉動能級結構的信息，進而可以導出物質結構及物質組成成分。
但由于拉曼散射非常弱，大約為瑞利散射的千分之一，所以一直到1928年才被印度物理學家拉曼等所發現。這就是拉曼光譜早期沒有得到廣泛應用的原因，然而，自從利用激光器作為激發光源特別是連續波氬離子激光器與氨離子激光器以后，拉曼光譜學技術發生了很大的變革，拉曼光譜學的研究又變得非常活躍了，其研究范圍也有了很大的擴展。除擴大了所研究的物質的品種以外，在研究燃燒過程、探測環境污染、分析各種材料等方面拉曼光譜技術也已成為很有用的工具。
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