5 种不同类型的光谱学

光谱学是一个广泛的领域，包括多个不同的分支学科和多种技术，每种技术都使用高度专业化的设备。本博文将探讨五种最常用的光谱技术。

定义光谱学

光谱学是一门通过测量材料对不同频率辐射的反应来研究材料的科学。值得注意的是，虽然少数形式的光谱学使用其他形式的辐射能，如声波或物质波，但光谱学几乎总是被理解为使用电磁辐射来探测物质。

光谱学是科学研究的基本工具，应用范围从材料表征到天文学和医学。光谱技术通常根据所使用的波长区域、所涉及的相互作用性质或所研究的材料类型进行分类。

电磁波谱红外区域的光子具有与分子振动相对应的特征能量；这意味着红外光谱目前仍然是研究分子振动和旋转模式的主要工具。

红外光谱仪通常测量样品对红外区域不同频率的相对吸收。这种吸收光谱可用于识别样品中存在的分子键类型，从而指示样品中存在的分子结构类型。

电磁波谱中的紫外线（UV）和可见光区域与原子和分子中的电子能级跃迁相对应。因此，紫外/可见光谱可用于探测样品中分子的电子结构，进而识别其中的化合物。紫外/可见光谱法尤其适用于识别肽键、某些氨基酸侧链以及某些修复基团和辅酶。这种类型的光谱对于许多可穿戴传感器技术都很有用。

核磁共振光谱是一种用于测量原子核周围磁场的技术。核磁共振光谱使用无线电波来激发样品中的原子核。当原子核开始共振时，敏感的无线电接收器就能检测到。

由于原子核的共振频率取决于其所属分子的电子结构，核磁共振光谱可提供有关分子结构和反应状态的详细信息。因此，它是推断单分子有机化合物确切性质的有力工具。

拉曼光谱只涉及光子的非弹性散射，即拉曼散射，光子与样品相互作用时，其表观波长会发生变化。

拉曼散射使用单色光源照射样品。当激光与分子振动或分子系统中的其他激发发生作用时，光子的能量会发生上移或下移。对这些能量移动进行精确测量，就能对样品中存在的化学键类型进行详细分析。拉曼散射可提供与红外光谱类似但互补的数据。

X 射线光谱学的应用始于 1912 年 X 射线晶体学的发展。威廉-亨利-布拉格（William Henry Bragg）和威廉-劳伦斯-布拉格（William Lawrence Bragg）父子发现，X 射线穿过晶体材料时产生的衍射图样可以用来推断晶体结构的性质。

目前常用的 X 射线光谱技术还有两种：波长色散 X 射线光谱（WDXS）和能量色散 X 射线光谱（EDXS）。这两种技术都能通过测量光谱窄区域内的特征 X 射线进行元素分析。

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