光谱学是光学的一个分支学科
，它重要钻研各类物质的光谱的产生及其同物质之间的相互作用
。光谱是电磁辐射依照波长的有序分列
，凭据尝试前提的分歧
，各个辐射波长都拥有各自的特点强度
。

　　通过光谱的钻研
，人们能够得到原子、分子等的能级结构、能级寿命、电子的组态、分子的几何状态、化学键的性质、反映动力学等多方面物质结构的知识
。但是
，光谱学技术并不仅是一种科学工具
，在化学分析中它也提供了沉要的定性与定量的分析步骤
。

　　光谱学的发展简史

　　光谱学的钻研已有一百多年的汗青了
。1666年
，牛顿把通过玻璃棱镜的太阳光分化成了从红光到紫光的各类色彩的光谱
，他发现白光是由各类色彩的光组成的
。这是可算是最早对光谱的钻研
。

　　其后一向到1802年
，渥拉斯顿观察到了光谱线
，其后在1814年夫琅和费也独立地发现它
。牛顿之所以没有能观察到光谱线
，是由于他使太阳光通过了圆孔而不是通过狭缝
。在1814～1815年之间
，夫琅和费颁布了太阳光谱中的很多条暗线
，并以字母来定名
，其中有些定名沿用至今
。尔后便把这些线称为夫琅和费暗线
。

　　实用光谱学是由基尔霍夫与本生在19世纪60年代发展起来的;他们证明光谱学能够用作定性化学分析的新步骤
，并利用这种步骤发现了几种其时还未知的元素
，并且证了然太阳里也存在着多种已知的元素
。

　　从19世纪中叶起
，氢原子光谱一向是光谱学钻研的沉要课题之一
。在试图注明氢原子光谱的过程中
，所得到的各项成就对量子力学法令的成立起了很大推进作用
。这些法令不仅可能利用于氢原子
，也能利用于其他原子、分子和凝聚态物质
。

　　氢原子光谱中最强的一条谱线是1853年由瑞典物理学家埃斯特朗探测出来的
。尔后的20年
，在星体的光谱中观测到了更多的氢原子谱线
。1885年
，从事天文丈量的瑞士科学家巴耳末找到一个经验公式来注明已知的氢原子诺线的地位
，尔后便把这一组线称为巴耳末系
。继巴耳末的成就之后
，1889年
，瑞典光谱学家里德伯发现了很多元素的线状光谱系
，其中最为显著的为碱金属原子的光谱系
，它们也都能满足一个单一的公式
。

　　只管氢原子光谱线的波长的暗示式极度单一
，不外其时对其起因却茫然不知
。一向到1913年
，玻尔才对它作出了明确的诠释
。但玻尔理论并不能诠释所观测到的原子光谱的各类特点
，即便对于氢原子光谱的进一步的诠释也遇到了难题
。

　　可能中意地诠释光谱线的成因的是20世纪发展起来的量子力学
。电子不仅拥有轨路角动量
，并且还拥有自旋角动量
。这两种角动量的结合便成功地诠氏缢光谱线的割裂景象
。

　　电子自旋的概想首先是在1925年由乌伦贝克和古兹密特作为如果而引入的
，以便诠释碱金属原子光谱的丈量了局
。在狄喇克的相对论性量子力学中
，电子自旋(蕴含质子自旋与中子自旋)的概想有了牢固的理论基础
，它成炼基方程的天然了局而不是作为一种出格的如果了
。

　　1896年
，塞曼把光源放在磁场中来观察磁场对光三沉线
，发现这些谱线都是偏振的
。此刻把这种景象称为塞曼效应
。次年
，洛伦兹对于这个效应作了中意的诠释
。

　　塞曼效应不仅在理论上拥有沉要意思
，并且在利用中也是沉要的
。在复杂光谱的分类中
，塞曼效应是一种很有效的步骤
，它有效地援手了人们对于复杂光谱的理解
。

　　光谱学的内容

　　凭据钻研光谱步骤的分歧
，习惯上把光谱学分辨为发射光谱学、吸收光谱学与散射光谱学
。这些分歧种类的光谱学
，从分歧方面提供物质微观结构知识及分歧的化学分析步骤
。

　　发射光谱能够分辨为三种分歧类此外光谱：线状光谱、带状光谱和陆续光谱
。线状光谱重要产生于原子
，带状光谱重要产生于分子
，陆续光谱则重要产生于白炽的固体或气体放电
。

　　此刻观测到的原子发射的光谱线已有百万条了
。每种原子都有其怪异的光谱
，犹如人的指纹一样是各不一样的
。凭据光谱学的理论
，每种原子都有其自身的一系列分立的能态
，每一能态都有肯定的能量
。

　　我们把氢原子光谱的最幼能量定为最低能量
，这个能态称为基态
，相应的能级称为基能级
。当原子以某种步骤从基态被提升到较高的能态上时
，原子的内部能量增长了
，原子就会把这种有余的能量以光的大局发射出来
，因而产生了原子的发射光谱
，反之就产生吸收光谱
。这种原子能态的变动不是陆续的
，而是量子性的
，我们称之为原子能级之间的跃迁
。

　　在分子的发射光谱中
，钻研的重要内容是二原壮辗视的发射光谱
。在分子中
，电子态的能量比振动态的能量大50～100倍
，而振动态的能量比动弹态的能量大 50～100倍
。因而在分子的电子态之间的跃迁中
，总是陪伴着振动跃迁和动弹跃迁的
，因而很多光谱线就密集在一路而形成带状光谱
。

　　从发射光谱的钻研中能够得到原子与分子的能级结构的知识
，蕴含有关沉要常数的丈量
。并且原子发射光谱宽泛地利用于化学分析中
。

　　当一束拥有陆续波长的光通过一种物质时
，光束中的某些成分便会有所减弱
，当经过物质而被吸收的光束由光谱仪展成光谱时
，就得到该物质的吸收光谱
。险些所有物质都有其怪异的吸收光谱
。原子的吸收光谱所给出的有关能级结构的知识同发射光谱所给出的是互为补充的
。

　　通常来说
，吸收光谱学所钻研的是物质吸收了那些波长的光
，吸收的水平若何
，为什么会有吸收等问题
。钻研的对象根基上为分子
。

　　吸收光谱的光谱领域是很辽阔的
，约莫从10纳米到1000微米
。在200纳米到800纳米的光谱领域内
，能够观测到固体、液体和溶液的吸收
，这些吸收有的是陆续的
，称为通常吸收光谱;有的显示出一个或多个吸收带
，称为选择吸收光谱
。所有这些光谱都是由于分子的电子态的变动而产生的
。

　　选择吸收光谱在有机化学中有宽泛的利用
，蕴含对化合物的鉴定、化学过程的节造、分子结构简直定、定性和定量化学分析等
。

　　分子的红表吸收光谱通常是钻研分子的振动光谱与动弹光谱的
，其中分子振动光谱一向是重要的钻研课题
。

　　分子振动光谱的钻研批注
，很多振动频率根基上是分子内部的某些很幼的原子团的振动频率
，并且这些频率就是这些原子团的特点
，而不论分子的其余的成分若何
。这很像可见光区域色基的吸收光谱
，这一事切实分子红表吸收光谱的利用中是很沉要的
。多年来都用来钻研多原壮辗视结构、分子的定量及定性分析等
。

　　在散射光谱学中
，喇曼光谱学是最为普遍的光谱学技术
。当光通过物质时
，除了光的透射和光的吸收表
，还观测到光的散射
。在散射光中除了蕴含原来的入射光的频率表(瑞利散射和廷德耳散射)
，还蕴含一些新的频率
。这种产生新频率的散射称为喇曼散射
，其光谱称为喇曼光谱
。

　　喇曼散射的强度是极幼的
，约莫为瑞利散射的千分之一
。喇曼频率及强度、偏振等标志取散射物质的性质
。从这些资料能够导出物质结构及物质组成成分的知识
。这就是喇曼光谱拥有宽泛利用的原因
。

　　由于喇曼散射极度弱
，所以一向到1928年才被印度物理学家喇曼等所发现
。他们在用汞灯的单色光来照射某些液体时
，在液体的散射光中观测到了频率低于入射光频率的新谱线
。在喇曼等人颁发了他们的发现的几个月后
，苏联物理学家兰茨见格等也独立地报路了晶体中的这种效应的存在
。

　　喇曼效应发源于分子振动(和点阵振动)与动弹
，因而从喇曼光谱中能够得到分子振动能级(点阵振动能级)与动弹能级结构的知识
。

　　喇曼散射强度是极度幽微的
，在激光器出现之前
，为了得到一幅美满的光谱
，往往很费功夫
。自从激光器得到发展以来
，利用激光器作为引发光源
，喇曼光谱学技术产生了很大的刷新
。激光器输出的激光拥有很好的单色性、方向性
，且强度很大
，因而它们成为获得喇曼光谱的近乎梦想的光源
，出格是陆续波氩离子激光器与氨离子激光器
。因而喇曼光谱学的钻研又变得非；钤玖
，其钻研领域也有了很大的扩大
。除扩大了所钻研的物质的种类以表
，在钻研点火过程、探测环境传染、分析各类资料等方面喇曼光谱技术也已成为很有效的工具
。