光譜分析是一種基于物質的光譜來鑒別物質及其化學組成和相對含量的方法。它以分子和原子的光譜學為基礎，主要通過物質粒子對光的吸收現象和發射現象來進行分析。不同物質的原子、離子和分子的能級分布具有特征性，因此吸收光子和發射光子的能量也是獨特的，這為定性分析和定量分析提供了基礎。廣泛應用于化學、物理、生物、環境科學、材料科學等領域。常見的光譜分儀器有：光柵光譜儀、分光光度計、傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）等等。
2.1、光柵光譜儀
1、簡介
光柵光譜儀是一種將成分復雜的光分解為光譜線的科學儀器，廣泛應用于物理學、化學、天文學、材料科學、環境監測、醫療診斷等領域，用于分析物質的光學特性、成分組成、結構信息等。光柵光譜儀的適用波段范圍因具體型號和配置而異，但通常可以覆蓋紫外、可見光和近紅外區域，即190-2400nm。
2、工作原理
光柵光譜儀的基本原理是基于光的衍射現象。儀器內部裝有一個光柵，該光柵通過一系列細小的平行刻線將入射光分散開來。當光線通過光柵時，光波會發生衍射，分散成不同的波長。這些波長組成的光譜可以被探測器精確記錄，從而得出樣品的光譜數據。
光柵方程
光柵方程描述了入射光、衍射光和光柵參數之間的關系，其表達式為：
mλ=d(sinα+sinβ)
光柵原理圖
其中，d是光柵常數（即相鄰刻線的間距），α是入射角，β是衍射角，λ是光的波長，m是衍射級次。
3、儀器構成
光柵光譜儀是一種用于分析光譜的儀器，其主要由光源（鹵鎢燈等）、入射狹縫、準直系統、光柵、聚焦系統和陣列探測器（硅、InGaAs等）及電子學系統等部分組成。
圖三光柵光譜儀結構圖
2.2、分光光度計
1、簡介
分光光度計是一種將成分復雜的光分解為單色光的科學儀器，廣泛應用于化學分析、生物化學、環境監測、藥物研發、食品安全和臨床診斷等領域。用于分析物質光學特性、成分組成、結構信息等。根據具體的應用需求選擇合適的類型和規格，一般在波長范圍190-3300nm內選取某一波段。
2、工作原理
分光光度計的基本原理是基于物質對光的選擇性吸收特性，符合比爾-朗伯定律，即吸收光的強度與物質的濃度成正比。儀器內部裝有單色儀，通過單色儀將復色光分解為單一波長的光。當單色光經過樣品池后，與被測物質吸收、反射，剩余光可以被探測器精確記錄，從而得出該樣品對應波長的光譜數據
比爾-朗伯定律：
比爾-朗伯定律概述圖
其中A：吸光度、T：透射率、I0：入射光強度、It：出射光強度、
k：常數，摩爾吸收系數、c：物質的濃度、L：液層厚度（通過物質的光程）
3、儀器構成
分光光度計是一種用于測量物質對光的吸收、透射或反射特性的科學儀器，其主要由光源（鹵鎢燈、LED等）、入射狹縫、準直系統、單色儀、聚焦系統和探測器（硅光電二極管、InGaAs和PbS等）及電子學系統等部分組成。
分光光度計結構圖
LCMini-Chrom系列單色儀
2.3、FTIR
1、簡介
傅里葉變換紅外光譜儀（FourierTransformInfraredSpectrometer，簡稱FTIR）。FTIR是一種利用干涉儀干涉調頻，再由計算機經傅立葉變換即可獲得樣品的光譜圖的分析儀器。廣泛應用于化學、生物、材料科學、環境監測、醫藥化工、地礦、石油、煤炭、環保、海關、寶石鑒定、刑偵鑒定等多個領域。
2、工作原理
傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）的基本原理基于干涉原理和傅里葉變換的數學方法。FTIR使用一個寬頻譜紅外光源，發出的光通過分束器被分成兩束，一束反射到固定鏡，另一束反射到移動鏡。移動鏡以恒定速度移動，導致兩束光的光程差發生變化，從而產生干涉光。干涉光通過樣品時，樣品會吸收特定波長的光，形成吸收峰。探測器記錄下干涉光的強度變化，形成干涉圖。計算機對這些干涉圖進行傅里葉變換，將時域信號轉換為頻域信號，最終得到以波數為橫坐標的紅外光譜圖。
FTIR原理圖
3、儀器構成
FTIR（傅里葉變換紅外光譜儀）是一種高精度的分析儀器，其主要由紅外光源（紅外黑體光源、近紅外鹵素燈等）、參考光源(VCSEL、He-Ne激光器等)、干涉儀、樣品室、探測器（硅探測器、InGaAs、碲鎘汞（MCT）、DLaTGS或鉭酸鋰（LiTaO3）材料的熱釋電探測器等）、計算機系統等部分組成。
在FTIR中，VCSEL和He-Ne激光器都可作為參考光源，用于提供穩定的頻率基準以校準光譜儀的波數精度，區別在于VCSEL具有低閾值電流、波長穩定性好、光束質量好、易于大規模生產、易于二維集成、高效能、調制速度高等優點，而He-Ne激光器則具有光束質量好、單色性好、穩定性高、相干性好等優勢。
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