化学物质可以通过各种分析方法进行定量和定性分析，但其中一个重要的分析领域是光谱学。光谱学研究电磁辐射与物质之间的相互作用，这种相互作用会产生电子激发、分子振动或核自旋排列。
有的同学不禁发问：用于化学分析的不同类型光谱学有哪些呢”其实光谱学方法可根据辐射类型、能量-物质相互作用、材料类型和技术应用进行分类。光谱有很多种，但在化学分析中最常用的是原子光谱、紫外和可见光谱、红外光谱、拉曼光谱和核磁共振。
光谱学可根据所使用的辐射能量类型来定义。辐射的强度和频率构成要测量的光谱。电磁辐射是一种常见的辐射类型，最早用于光谱研究。红外线和近红外辐射以及太赫兹和微波技术均可使用。电子和中子因其德布罗格利波长也是辐射能量的来源。机械方法可用于辐射固体，声学光谱学则使用辐射冲击波。
光谱学的另一种分类方法是根据能量与材料之间相互作用的性质。这些相互作用包括吸收、发射、共振光谱、弹性和非弹性散射。所使用的材料也可决定光谱学的类型：原子、分子、原子核和晶体。
原子光谱是最早开发的光谱学应用，可分为原子吸收光谱、发射光谱和荧光光谱。不同元素的不同原子具有不同的光谱，因此原子光谱可用于量化和识别样品的成分。原子光谱的主要类型有原子吸收光谱(AAS)、原子发射光谱(AES)和原子荧光光谱(AFS)。
在原子吸收光谱法中，原子吸收紫外线或可见光后会向更高能级移动。原子发射光谱法测量气态原子对基态光的吸收量。AAS 通常用于检测金属。
在 AES 中，火焰、等离子体、电弧或火花的热量会导致原子发光。AES 利用发射光的强度来确定样品中的元素含量。使用 AES 的技术包括火焰发射光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法和火花或电弧元素发射光谱法。
在原子发射光谱中，一束光激发分析物，使其发光。然后使用荧光计分析样品的荧光，这种方法通常用于分析有机化合物。
紫外(UV)和可见(Vis)光谱法利用 10 纳米到 700 纳米的电磁辐射光谱分析化合物。许多原子都能发射或吸收可见光，正是这种吸收或反射使被分析的化学物质呈现出明显的颜色。
可见光和紫外线辐射的吸收与电子从低能基态激发到高能激发态有关，分子轨道中未结合的 n 电子和 π 电子可以吸收能量。
所有波长的光都有与之相关的特定能量，只有具有适当能量的光才能从一个能级跃迁到另一个能级，从而达到吸收的目的。能级之间的间隙越大，支持高能级所需的能量就越多，因此吸收的频率就越高，波长就越短。
根据比尔-朗伯定律，吸光度与溶液中物质的浓度和路径长度成正比，紫外和可见光谱可用于测量样品的浓度。除了测量样品浓度，紫外和可见光谱法还可用于识别分子中是否存在自由电子和双键。紫外/可见光谱仪不仅是一种可单独使用的分析技术，还可用作高效液相色谱法的检测器。
红外(IR)光谱利用红外光谱分析化合物，红外光谱可分为近红外、中红外和远红外。近红外的能量最高，比中红外和远红外能更深地穿透样品，但灵敏度最低。红外光谱的灵敏度不如紫外/可见光谱，因为涉及原子振动的能量低于跃迁的能量。
红外光谱仪使用的原理是，分子在吸收红外辐射时，通过键的伸展和弯曲而振动。红外光谱的工作原理是将一束红外光穿过样品，为了使红外辐射检测到跃迁，样品中的分子在振动时必须发生偶极矩的变化。如果红外辐射的频率与键的振动频率相同，就会发生吸收，并记录下光谱。
不同的官能团根据其结构以不同的频率吸收热量，因此振动光谱可用于确定样品中存在的官能团。通过解读利用红外辐射获得的数据，可将结果与频率表进行比较，以了解存在哪些官能团，这将有助于确定结构。
拉曼光谱与红外光谱类似，也是一种振动光谱方法，但使用的是非弹性散射。拉曼光谱显示弥散的瑞利线、斯托克斯线和反斯托克斯线，与红外光谱的不规则吸收线不同。
拉曼光谱的工作原理是检测可见光、红外线或紫外线范围内单色激光的非弹性散射，这也被称为拉曼散射。要激活拉曼平面上的转变，分子的极性必须发生变化，电子云的位置必须在振动过程中发生变化。
这种方法可以提供样品化学成分和结构的分子指纹，但拉曼散射信号较弱。为了提高拉曼光谱的灵敏度，人们开发了表面增强拉曼光谱(SERS)等技术。
核磁共振(NMR)利用共振光谱和核自旋状态进行光谱分析。每个原子都有核自旋，每个原子的核自旋行为取决于其分子内环境和外加场。
如果某一元素的原子核在同一分子内处于不同的化学环境中，相邻电子的屏蔽和非屏蔽将导致不同的场强，从而改变共振频率并决定化学位移值。
自旋-自旋耦合考虑到了原子核的自旋状态通过相互电流耦合影响相邻原子核所经历的磁场这一事实。自旋-自旋耦合将每组原子核的吸收峰分成几个部分。
核磁共振分析有多种类型，如氢核磁共振、碳 13 核磁共振、DEPT 90 核磁共振和 DEPT 135 核磁共振。化合物的核磁共振谱显示了样品中原子核发出的共振信号，可用于确定化合物的结构。
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