本篇聊一下涉及本人的專業光譜分析。通過光譜分析獲得檢測樣品的化學成分用途極廣，比如通過光譜衛星遙感地面水體、空氣等的化學成分及變化，監測如大氣污染情況，溫室氣體二氧化碳變化趨勢等；火星、月球探測器可以遠距離檢測樣品中的化學成分，從而分析出與水和生命相關的信息；天文望遠鏡對恒星光譜的分析可以獲知相關元素成分，從而推算出恒星的年齡等。

通俗地說，每一種自然界的物質都有顔色，物體吸收了連續的太陽光譜白光中的一部分光線，沒有吸收的部分被反射了出來，我們看見物體的顔色是物體反射部分光線。

比如我們看見綠色的植物，就是植物葉子吸收了紫紅色的光線，其他部分被反射了，所以我們看到的是綠色。這是互補色原理。下面的色環圖一，與環中心相對的顔色就是各自的互補色，綠色（13）的互補色是紫紅色（1）。如紅色的花（22）,吸收的光是湖藍色（10）。

圖一、色環

日常生活中我們經常用光譜分析物體的内在情況。比如看見某人紅光滿面，就知道這個人比較健康，某人臉色暗淡就會說你臉色不好，是不是有病？這裡面是有科學道理的，健康的人血液是紅色的，流動舒暢就會紅光滿面。而不健康的人血液暗淡，流動不舒暢就會出現暗黑色。

還有比如我們用光譜分析植物是否健康和果實是否成熟，綠色的植物葉綠素含量飽滿，所以健康。發黃的葉子葉綠素含量低，不健康。一般偏紅黃色的果實已經成熟，綠色的不成熟。

還有日常烹調做一鍋紅燒肉時要放醬油，中國的熟練廚師通常拿起醬油瓶子往鍋裡倒，但從來不會加過頭或不夠，他主要看什麼？科學道理是光譜、水的顔色深淺，顔色的深淺代表某種化學成分的濃度。

上面日常看光譜得出的精度顯然不夠，隻能定性分析，如果要得出定量結果顯然不行。所以科學研究要分析一個樣品的定量化學成分，要對光譜的分析更加深入。簡單地說就是：

1、需要知道分析對象的特征吸收光譜及波長，不會與其他成分相幹擾。

2、一個知道濃度值的标準樣品，與分析對象在同等條件下做比較，根據濃度的線性關系計算出樣品濃度。

舉個簡單的例子，我們要發現某個奸商銷售的紅酒是否參水。我們事先将樣品的酒按2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%,用蒸餾水稀釋，按序放到統一的杯子裡。再将要檢測的樣品酒倒入杯子裡到同等刻度，與上述樣品酒比較顔色，找出最相近的兩個顔色杯，就可以知道這杯酒摻水多少了。這種分析方法在化學分析中叫比色法。

比色法

當然實際的儀器比這個還要精确，用的光線是樣品吸收的特征單色光，不會因為奸商在稀釋的同時加入其他色素欺騙，其他色素的特征吸收光譜與真酒不一樣。儀器實際測出的亮度比人眼更加精确， 這樣樣品很小的濃度變化也會測出來。

那麼一些平常看起來沒有特别顔色的土壤固體中有什麼金屬成分，或者一般水和液體樣品中的化學成分是怎樣用光譜來分析實現的呢？

這就要用到不同的光譜分析，比如原子發射光譜、原子吸收光譜、紅外光譜、紫外光譜、普通光譜。還有與光譜分析匹配的進階光譜分析法如：離子色譜、液相色譜、氣相色譜等等。

原子發射光譜、原子吸收光譜的原理是原子在加熱時，原子核外軌道的電子會激發或吸收特征波長的光譜，就像人的指紋，是唯一的。隻要分析光譜的成分就知道含有什麼金屬，或其他元素成分。再根據光譜中特征線的亮度或吸收情況就可以定量分析出這種元素的含量。

原子發射光譜

還有某些特殊的金屬如鉻元素，就可以利用化學顯色分析，原理是加入某種特殊有機物（顯色劑），金屬離子就會從無色變成有色，而且極低的濃度也可顯色，從而用普通光譜測出其化學成分。

紅外光譜、紫外光譜是針對樣品的不同吸收特征，利用樣品中人眼看不見的光波段在紫外和紅外波段的吸收特征分析其中化學成分，主要應用于某些有機物分子（紅外）和無機離子如硝酸根離子（紫外吸收）等樣品成分分析。

離子色譜、氣相色譜、液相色譜是針對複雜成分樣品進行分離的分析，讓樣品通過特殊的分離管，由于化學物理性質的微小差異，它們出來時各種成分得以區分，相當于地鐵到站後混雜的人群地鐵出口，出來的人是一個接一個地被分開一樣的道理。将分離出來的單獨成分再經過光譜、紫外、紅外等檢測器分析，從而同時測出樣品中不同化學成分，主要針對如混合的液體有機物、無機物或氣體複雜成分分析。

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