光谱学定义

科学领域以电磁辐射的光谱作为其**频率或波长**的基本函数，通过光谱技术或设备进行计算，以获取与物质的性质和结构相关的信息。光谱测量设备被称为光谱仪、分光光度计和光谱分析仪。

为了 common understanding，光谱学研究颜色，从可见光推广到所有电磁频谱波段。光谱学已经发展成为一门依赖于可见光在棱镜散射下被气相物质吸收的波长研究。

它主要是以电磁频谱为基础的工具，用于解释物理学、天文学、材料科学和化学等分支。它允许在宏观、原子和分子尺度以及天文距离上检查物质的物理结构、电子结构和成分。一些重要的应用包括医学影像和组织领域的生物医学光谱。

光通过棱镜的分布被称为**光学**。早些时候，可见光的研究被称为颜色，但后来在詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的领导下，它被改称为电磁频谱。然而，颜色是光谱学的一部分，但它不能与物体和元素的颜色相比较。它关注的是电磁波的反射和吸收，为我们的眼睛提供关于颜色的概念。但相反，光谱学关注的是通过棱镜、衍射光栅或产生一种典型的离散线状图案的相同设备的光的**分布**，这种图案被称为“光谱”。它对每种不同的元素形式都是特殊的。

当通过类似棱镜的设备时发生衍射的那些元素，根据元素是加热还是冷却，会显示出**发射**或吸收光谱。

振动光谱学：光谱学科学的分支，研究光谱。

光散射光谱学是一种反射光谱学形式，通过研究弹性散射来确定组织结构。在这种情况下，组织表现为分散或衍射机制。

光谱研究对**量子力学的形成**至关重要。正是由于这些研究，第一个原子模型才解释了氢的光谱。它包括几个模型，如薛定谔方程、玻尔模型和矩阵力学。所有这些模型都生成了氢的光谱线，并为离散量子跃迁提供了与离散氢光谱相关的基础。**马克斯·普朗克**在解释黑体辐射时，将**光谱现象**应用于此，当时他将光度计的光的波长与黑体的温度联系起来。

它应用于分析化学和物理化学，因为分子和原子包含**特殊的光谱**。光谱可用于定量、检测和识别有关分子和原子的数据。它也应用于遥感和天文学。研究望远镜包含光谱仪，计算出的光谱用于确定天体物质的物理和化学性质，包括黑洞、温度、恒星中元素的密度以及速度。光谱学的一个有效应用是在生物化学中。

辐射能的形式

光谱学的形式由参与相互作用的**辐射能的形式**来区分。在许多应用中，通过计算这种能量的频率或强度的变化来确定光谱。辐射能研究的形式包括：

电磁辐射：这是光谱研究的第一个能量来源。电磁辐射方法通常按其光谱波长区域分类，包括紫外-可见、微波、近红外、伽马和X射线光谱学。

粒子由于其**德布罗意波**也可以成为辐射能的来源。中子和电子光谱学都常被应用。**动能**决定了粒子的波长。

声谱学包含辐射压力波。

动态机械分析可用于向固体材料提供类似声波的辐射能。

相互作用的行为

光谱学的形式根据能量与物质相互作用的性质来区分。一些相互作用包括：

• 发射光谱：发射是指物质释放的辐射能。物质的**黑体光谱**是取决于其温度的自发发射光谱。一些特性可以在红外区域通过诸如大气发射辐射干涉仪之类的设备进行计算。其他能量源，如电弧、火焰和火花，可以引起发射。
• 吸收光谱：当物质吸收来自辐射源的能量时，就会发生吸收。吸收通常由通过材料的能量的估计分数决定，吸收会减缓透射部分。
• 阻抗谱：阻抗是指介质阻碍或减缓能量传输的能力。对于光学仪器，这由折射率表示。
• 弹性散射和反射光谱：它决定了入射辐射如何被物质散射或反射。X射线和电子等高能辐射的散射通过晶体学用于研究固体和蛋白质晶体中原子的排列。
• 非弹性散射：这是一种涉及辐射与物质之间能量交换的现象，该交换改变了散射辐射的波长。它包括康普顿散射和拉曼散射。
• 核光谱学：这些方法利用特定原子核的特性来研究物质的局部结构，主要是液体、凝聚态物质和生物分子。

物质类型

原子

光谱学的第一个应用是原子光谱学。原子吸收光谱和原子发射光谱包括可见光和紫外光。这些发射和吸收通常被称为光谱线，因为外层电子的电子跃迁，当它们从电子轨道跳跃到另一个轨道时。原子具有独特的X射线光谱，归因于内层电子被激发到激发态。

许多元素的原子具有独特的光谱，因此，原子光谱学可以对样品的基体结构进行定量和鉴定。在发明光谱仪后，**古斯塔夫·基尔霍夫和罗伯特·本生**通过观察发射光谱探索了新的元素。太阳光谱由原子吸收线组成，它们以发现者命名为夫琅琅线。对氢光谱的详细解释是量子力学的一个早期成功，并描述了量子电动力学形成中看到的兰姆移。

现代原子光谱学在检查可见和紫外跃迁方面的应用包括**辉光放电、微波诱导等离子体**、火焰发射光谱、辉光放电光谱、电感耦合等离子体原子发射光谱以及火花或电弧发射光谱。检查X射线光谱的方法包括X射线荧光和X射线光谱。

分子

原子结合成分子会导致不同的激发态，因此也导致特殊的光谱。

应用

光谱学在**天文学、医学、化学和物理学**中有许多应用。利用吸收特性和天文学中的发射，光谱学可用于识别特定形式的自然。光谱学在不同领域的应用可分为：

• 测定样品的原子结构
• 太空探索
• 检查太阳和遥远星系的谱线发射
• 使用红外光谱测量风化木材的暴露时间。
• 在无损元素分析中使用X射线
• 估算血样中的有毒化合物。
• 确定肌肉的代谢组成
• 改变药物成分以提高疗效
• 蛋白质表征
• 监测海洋和淡水生态系统中的溶解氧含量
• 使用多种光谱仪进行电子成分研究
• 红移用于确定遥远物质的速度和速率