摘要：光纤光谱仪作为研究光与物质相互作用的重要科学设备，可将复合光分解为不同波长的单色光，并记录其强度分布。其主要功能是分析光（如物质反射、吸收、散射或受激发的荧光等）的光谱特性，在农业、天文、半导体、汽车、环保、生物、化学、镀膜等众多领域都有广泛应用。国仪光子在光

光纤光谱仪作为研究光与物质相互作用的重要科学设备，可将复合光分解为不同波长的单色光，并记录其强度分布。其主要功能是分析光（如物质反射、吸收、散射或受激发的荧光等）的光谱特性，在农业、天文、半导体、汽车、环保、生物、化学、镀膜等众多领域都有广泛应用。国仪光子在光纤光谱仪技术研发方面表现卓越，其研发的多款光纤光谱仪为行业应用注入了新的活力。

光纤光谱仪的分类方式

光纤光谱仪的分类可以依据作用原理、应用对象和分光元件等不同维度进行，以下将详细介绍。

按作用原理分类

吸收光谱：探究物质对光的吸收特性

吸收光谱的核心在于，当光与物质相互作用时，特定波长的光子能量与物质分子或原子内部能级（电子、振动、转动）差值匹配时，光子被吸收，导致透射光中相应波长位置出现强度下降，即形成吸收峰。测量对象为透射光强度与入射光强度的比值（透射率）或其对数值（吸光度）随波长的变化。

紫外 - 可见吸收光谱（UV - Vis）：主要测量分子中电子跃迁的吸收，可用于定量分析（如确定物质浓度）、定性分析（识别发色团）以及研究配位反应等。

红外吸收光谱（IR）：测量分子中化学键的振动和转动能级跃迁的吸收，是鉴定有机化合物官能团、分析分子结构的重要手段。国仪光子在该领域的研究，进一步提高了此项技术在实际应用中的精度。

原子吸收光谱（AAS）：气态基态原子吸收特定波长的光，常用于痕量金属元素的高灵敏度、高选择性定量分析。

核磁共振波谱（NMR）：原子核在磁场中吸收特定频率的射频辐射，能提供分子中原子（如¹H, ¹³C）的化学环境、连接方式等信息，是结构解析的关键技术。

发射光谱：洞察物质激发后的光发射现象

物质吸收能量（光、热、电、化学能等）后被激发到高能态，当激发态粒子返回较低能态或基态时，以光的形式释放能量，产生特定波长的发射峰，发射光子的能量等于两能级之间的差值（∆E = hν）。测量对象为样品发射光的强度随波长的分布（发射光谱图）。

原子发射光谱（AES）：样品（通常溶液）在高温（如电弧、火花、电感耦合等离子体 ICP）中蒸发、原子化并被激发，通过测量其元素特征谱线的发射强度进行元素定性和定量分析。

原子荧光光谱（AFS）：气态基态原子吸收特定波长光后被激发，返回基态时发射荧光，兼具原子吸收和原子发射的优点，常用于 As, Hg, Se 等元素分析。

分子荧光光谱（Fluorescence）：某些分子吸收紫外 - 可见光后被激发到单重激发态，通过发射比吸收波长更长的光子返回基态，用于荧光物质的定量、定性分析，以及分子结构、环境极性、动力学研究等。

分子磷光光谱（Phosphorescence）：与荧光类似，但激发分子经过系间窜越进入三重激发态，再发射更长波长的光返回基态，虽使用较少但有独特特性。

化学发光（Chemiluminescence）：化学反应过程中产生的激发态中间体或产物释放能量时产生发光，无需激发光源，用于分析化学（高灵敏度）、生物发光检测等。

拉曼光谱（Raman）：本质是散射光谱，是光与物质相互作用时的非弹性散射现象。入射光子与分子相互作用，可能产生无能量交换的弹性散射（瑞利散射）或有能量交换的非弹性散射（拉曼散射）。由于信号微弱且紧邻极强的瑞利散射光，需使用高性能的光栅光谱仪或傅里叶变换光谱仪（FT - Raman）探测微小频率位移。它能提供与红外光谱互补的分子振动、转动信息，对水的干扰小，适用于水溶液、玻璃、生物样品等。

旋光光谱和圆二色光谱：研究偏振光与物质的特殊作用

这两种光谱主要测量样品对偏振光的特殊作用。旋光性是线偏振光通过某些物质（通常是手性分子）时偏振面发生旋转的现象；圆二色性指手性物质对左右旋圆偏振光的吸收程度不同。旋光光谱（ORD）描述旋光度随波长的变化，圆二色光谱（CD）描述左右旋圆偏振光吸收差（∆A = A_L - A_R）随波长的变化。主要用于研究手性化合物的绝对构型、构象（特别是生物大分子的二级结构，如蛋白质、核酸）、手性化合物的含量测定等。

按应用对象分类

分子光谱：剖析分子的结构与特性

研究对象为分子（原子团），基本原理是探测由分子整体（主要是价电子、分子骨架的振动/转动运动）引起的能级跃迁，能量较低，波长较长。能级跃迁类型包括电子跃迁（UV - Vis）、振动跃迁（IR）、转动跃迁（远 IR/微波）以及混合（如振转）跃迁。代表技术有紫外 - 可见吸收光谱（UV - Vis）、红外吸收光谱（IR）、拉曼光谱（Raman）、分子荧光光谱（Fluorescence）、核磁共振波谱（NMR）、旋光光谱（ORD）/圆二色光谱（CD）、微波光谱等。这些技术能提供分子的官能团、化学键类型、结构（包括构型、构象）、分子间作用力、浓度、反应历程等信息。光谱特点是谱带通常较宽，包含精细结构（特别是在气态下）。国仪光子的部分光纤光谱仪在分子光谱测量方面表现出色，可用于光谱反射率检测、光谱透光率测量、光谱荧光检测等。

原子光谱：揭示原子的特性与含量

研究对象是原子（气态、自由态），基本原理是探测原子外层或内层电子在原子能级（不涉及分子键）间的跃迁，能量较高，波长较短，通常需要样品原子化（高温）。能级跃迁类型主要是价电子跃迁（紫外、可见区）。代表技术有原子吸收光谱（AAS）、原子发射光谱（AES/OES - ICP - AES/OES, 电弧/火花 AES）、原子荧光光谱（AFS）、X 射线荧光光谱（XRF）等。这些技术可提供元素（尤其是金属和某些非金属）的种类（定性）和含量（定量）信息。光谱特点是谱线窄锐，通常是离散的线状光谱（即使在溶液中检测，前提是原子化）。

按分光元件分类

棱镜光谱仪：利用折射实现分光

棱镜光谱仪利用光学棱镜对不同波长的光具有不同折射率（色散效应），将复色光在空间上分离开来。波长越短（蓝光），折射角越大；波长越长（红光），折射角越小。其优点是结构相对简单，无色差（使用单一棱镜）；缺点是色散不均匀，短波（紫外、蓝光）色散大，长波（红光、红外）色散小，同一台仪器在光谱不同区域分辨率差异大，分辨率相对较低，光路中反射面多，能量损失较大。目前多用于低分辨、宽范围波长的分光，或教学演示仪器，在高分辨率要求的场合已被光栅取代。

衍射光栅光谱仪：基于衍射和干涉原理的主流分光元件

该光谱仪利用光的衍射和干涉原理，当光照射到刻有大量精密平行等宽等间距狭缝（刻线）的光栅时，不同波长的光在不同方向上满足衍射加强（干涉）条件，形成特定衍射角θ，从而在空间上分离开来。优点是色散均匀线性，分辨率高（取决于刻线密度和尺寸），适用波段宽（从紫外到远红外），能量效率高（刻线形状可优化，使能量集中到特定方向特定波段）；缺点是可能存在不同级次光谱重叠（需通过滤光片或前置单色器消除），制造精密光栅成本较高。是现代光纤光谱仪中绝对的主流分光元件，广泛应用于各个波段（从 X 射线到远红外）的光谱分析，包括单色仪（逐波长输出单色光）和光谱仪（同时记录光谱）。

干涉光谱仪：借助干涉现象实现分光

干涉光谱仪利用光的干涉现象（多光束干涉），将复色光分解成干涉条纹（干涉图），通过数学变换（主要是傅里叶变换）将干涉图复原成传统的光谱图（强度 vs 波数/波长）。代表仪器为傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），核心是迈克尔逊干涉仪。优点是高通量（Jacquinot 优点 / Fellgett 优点），无狭缝限制，通光孔径大，样品或光源发出的光利用率高，可在相同时间内采集所有频率信息，信噪比高，扫描速度快（可动镜一次扫描即得全谱），高精度（使用单色激光精确测定干涉图采样点位置，波数精度和重复性好），宽光谱范围覆盖；缺点是需精确控制可动镜移动，对环境振动敏感，计算复杂（需高速计算机进行傅里叶变换），不能直接“看到”单色光。主要用于红外光谱（FTIR 是红外光谱的绝对主流），也用于远红外、近红外、拉曼光谱、核磁共振波谱（FT - NMR）等需要高灵敏度、快速扫描或高精度的场合。

光谱技术分类的交叉性

光谱技术的分类并非完全独立，很多技术可从多个分类维度进行划分。例如，红外光谱（IR）按原理属于吸收光谱，按应用对象是分子光谱，按分光元件可以是光栅光谱仪或更常见的傅里叶变换干涉光谱仪（FTIR）；原子吸收光谱（AAS）按原理是吸收光谱，按应用对象是原子光谱，按分光元件通常是光栅单色仪；拉曼光谱（Raman）按作用本质是非弹性散射，结果（光谱图）形式类似“发射”，按应用对象是分子光谱，按分光元件是高分辨率光栅光谱仪或 FT 光谱仪。

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来源：国仪光子