光譜分析法是根據物質發射的電磁輻射或電磁輻射與物質相互作用而建立起來的一類分析化學方法。這些電磁輻射包括從g射線到無線電波的所有電磁波譜范圍，而不只局限于光學光譜區。電磁輻射與物質相互作用的方式有發射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等。

 

光譜分析法可分為光譜法和非光譜法兩大類。

 

光譜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進行分析的方法。按照電磁輻射和物質相互作用的結果，可以產生發射、吸收和散射三種類型的光譜。

 

物質通過電致激發、熱致激發或光致激發等激發過程獲得能量，變為激發態原子或分子M* ，當從激發態過渡到低能態或基態時產生發射光譜。通過測量物質的發射光譜的波長和強度來進行定性和定量分析的方法叫做發射光譜分析法。

 

發射光譜的類型：

 

1.線光譜

當輻射物質是單個的氣態原子時，產生紫外、可見光區的線光譜。通過內層電子的躍遷可以產生X射線線光譜。

 

2.帶光譜

帶光譜是由許多量子化的振動能級疊加在分子的基態電子能級上而形成的。

 

3.連續光譜

固體加熱至熾熱會發射連續光譜，這類熱輻射稱為黑體輻射。通過熱能激發凝聚體中無數原子和分之振蕩產生黑體輻射。

 

被加熱的固體發射連續光譜，它們是紅外、可見及長波側紫外光區分析儀器的重要光源。

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：

 

1. g 射線光譜法

 

天然或人工放射性物質的原子核在衰變的過程中發射a和b粒子后，往往使自身的核激發，然后該核通過發射g射線回到基態。測量這種特征g射線的能量（或波長），可以進行定性分析，測量g射線的強度，可以進行定量分析。

 

2. X射線熒光分析法

原子受高能輻射激發，其內層電子能級躍遷，即發射出特征X射線，稱為X射線熒光。用X射線管發生的一次X射線來激發X射線熒光是最常用的方法。測量X射線的能量（或波長）可以進行定性分析，測量其強度可以進行定量分析。

 

3. 原子發射光譜分析法

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受激發發射特征光學光譜，利用這種光譜進行分析的方法叫做原子發射光譜分析法。波長范圍在190 - 900nm，可用于定性和定量分析。

 

4. 原子熒光分析法

氣態自由原子吸收特征波長的輻射后，原子的外層電子從基態或低能態躍遷到較高能態，約經10-8 s，又躍遷至基態或低能態，同時發射出與原激發波長相同（共振熒光）或不同的輻射（非共振熒光），稱為原子熒光。

 

發射的波長在紫外和可見光區。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，可以進行定量分析。

 

5. 分子熒光分析法

某些物質被紫外光照射后，物質分子吸收了輻射而成為激發態分子，然后回到基態的過程中發射出比入射波長更長的熒光。測量熒光的強度進行分析的方法稱為熒光分析法。波長在光學光譜區。

 

6. 分子磷光分析法

物質吸收光能后，基態分子中的一個電子被激發躍遷至第一激發單重態軌道，由第一激發單重態的最低能級，經系統間交叉躍遷至第一激發三重態（系間竄躍），并經過振動弛豫至最低振動能級，因此，由此激發態躍遷回至基態時，便發射磷光。

 

根據磷光強度進行分析的方法成為磷光分析法。它主要用于環境分析、藥物研究等方面的有機化合物的測定。

 

7. 化學發光分析法

由化學反應 提供足夠的能量，使其中一種反應的分子的電子被激發，形成激發態分子。激發態分子躍回基態時，就發出一定波長的光。其發光強度隨時間變化，并可得到較強的發光（峰值）。

 

在合適的條件下，峰值與被分析物濃度成線性關系，可用于定量分析。由于化學發光反應類型不同，發射光譜范圍為400 - 1400nm。

 

當物質所吸收的電磁輻射能與該物質的原子核、原子或分子的兩個能級間躍遷所需的能量滿足△E = hv的關系時，將產生吸收光譜。

 

吸收光譜法可分為：

 

1. Mōssbauer（莫斯鮑爾）譜法

由與被測元素相同的同位素作為g射線的發射源，使吸收體（樣品）原子核產生 無反沖的g射線共振吸收 所形成的光譜。光譜波長在g射線區。

 

從Mōssbauer譜可獲得原子的氧化態和化學鍵、原子核周圍電子云分布或鄰近環境電荷分布的不對稱性以及原子核處的有效磁場等信息。

 

2. 紫外-可見分光光度法

利用溶液中的分子或基團在紫外和可見光區產生分子外層電子能級躍遷所形成的吸收光譜，可用于定性和定量測定。

 

3.原子吸收光譜法

利用待測元素氣態原子對共振線的吸收進行定量測定的方法。其吸收機理是原子的外層電子能級躍遷，波長在紫外、可見和近紅外區。

 

4. 紅外光譜法

利用分子在紅外區的振動- 轉動吸收光譜來測定物質的成分和結構。

 

5. 順磁共振波譜法

在強磁場作用下電子的自旋磁矩與外磁場相互作用分裂為磁量子數Ms值不同的磁能級，磁能級之間的躍遷吸收或發射微波區的電磁輻射。在這種吸收光譜中不同化合物的耦合常數不同，可用來進行定性分析。根據耦合常數，可用來幫助結構的確定。

 

6. 核磁共振波譜法

在強磁場作用下，核自旋磁矩與外磁場相互作用分裂為能量不同的核磁能級，核磁能級之間的躍遷吸收或發射射頻區的電磁波。

利用這種吸收光譜可進行有機化合物結構的鑒定，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。

 

頻率為n0的單色光照射到透明物質上，物質分子會發生散射現象。如果這種散射是光子與物質分子發生能量交換的，即不僅光子的運動方向發生變化，它的能量也發生變化，則稱為Raman散射。

 

這種散射光的頻率（νm）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。