光谱分析通过物质与光的相互作用识别成分和含量,核心是检测特征光谱,利用发射或吸收现象及量子跃迁原理实现高灵敏度的定性与定量分析。
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光与物质的相互作用是基础。当光穿过物质时,特定波长的光可能被吸收或发射。吸收使电子从低能级跃迁到高能级,发射则是电子回落到低能级时释放光子,形成独特的光谱“指纹”。
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光谱分类明确作用对象。按波长分为红外、可见光、紫外光谱;按本质分为原子光谱(如碱金属)和分子光谱(如CO₂);按生成方式有发射光谱(火焰测试)和吸收光谱(太阳暗线)。每种类型揭示不同物理状态或分子结构。
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定量分析依赖标准规律。原子吸收光谱(AAS)通过基态原子对特定波长光的吸收强度换算浓度,遵循朗伯-比尔定律(A=-lgI/I₀=KC·L)。发射光谱则通过谱线强度直接映射元素含量,灵敏度高达10⁻¹⁰克级。
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技术演进提升效率。从早期棱镜分光到现代多通道探测器(CCD)、激光光源(如喇曼光谱),仪器自动化与高分辨率使检测速度与精度同步提升,广泛应用于矿石分析、天体研究等领域。
光谱分析是化学分析与物质研究的基石,其结合物理定律与先进技术,既可精准识别元素与分子,又能追溯物质演化,持续推动科研探索与工业实践。