一文讀懂光譜儀如何識別“光的指紋”

光是我們唯一可以看見的能量，我們以顏色的形式看到它。色彩，是我們所感知到的最華麗的體驗。它無處不在，圍繞著我們，擁抱著我們。我們用顏色來詮釋生命，就像我們用形狀、紋理和聲音詮釋生命一樣。事實上，顏色的力量就是生命的本質。

比如： 

• 為什么防曬霜能標注 SPF50？ 

• 為什么醫生能靠血氧儀判斷你的氧含量？ 

• 為什么博物館能知道一件文物是不是被“動過手”？ 

• 甚至，為什么天文學家能知道遙遠恒星里有什么元素？

答案都是：光譜。

而要看懂光譜，就離不開一種關鍵儀器—— ?? 光譜儀（Spectrometer）。

光譜儀就是把光拆開，讀取“隱藏信息”的儀器。

光是攜帶信息的。 當光遇到不同物質時，會被吸收、散射或反射，并留下獨特的“吸收特征曲線”。 這條特征曲線，就像每種物質專屬的 “光的指紋”。

光譜儀的工作就是：

• 把光分解成不同波長

• 分析不同波長的強弱變化

• 匹配并識別其中的物質

它不需要接觸、不需要破壞，被稱為： 最溫柔、最誠實的分析技術。

每種分子結構都不一樣，因此它對不同波段光的吸收方式也不同。

例如：

• 水對紅外線吸收很強

• 葉綠素對紅光吸收強、反射綠光

• 氧氣在 760nm 有明顯吸收峰

• 太陽光中氫、鈉、鐵都有獨有吸收線

這就意味著—— 只要看到光譜，就能知道里面有什么成分。

就像看到 ID 卡就能知道一個人信息一樣。這就是光譜儀的魔力。

更多消息：光譜知識 | 光譜和光譜學

盡管光譜儀的種類繁多，但其基本工作原理可以概括為以下流程：

可以分成三步??

（1）收光 先把樣品的光收集進來，可以是：

• 反射光（照射在物體上反射回來的光）

• 透射光（光穿過樣品）

• 發射光（樣品自己發光，如熒光）

（2）分光 利用光柵、棱鏡或干涉儀，把光拆成不同波長（顏色）。

就像把白光拆成彩虹七色。

（3）檢測與分析 光電探測器記錄每個波長“光有多少”，然后生成一條光譜曲線。算法再對曲線進行匹配，就能得到： 樣品里有什么？含量是多少？

更多信息：搞懂光譜儀不難！分類、原理....全在這篇里

通過解讀“光的指紋”，光譜儀的應用幾乎無處不在：

• 天文學：這是光譜儀的經典應用領域。分析恒星、星系的光譜，可以知道它們的化學成分、溫度、密度、質量、運動速度（紅移/藍移）和磁場。它是我們了解宇宙最重要的工具之一。
• 化學與材料科學：
• 定性分析：確定樣品中含有哪些元素或分子。
• 定量分析：測定某種成分的具體含量。
• 廣泛應用于食品安全、藥品檢驗、環境監測（檢測水質、空氣污染物）。
• 工業檢測：
• 金屬成分分析：快速鑒定合金牌號，用于廢金屬回收、質量控制。
• 半導體制造：精確測量晶圓薄膜的厚度和成分。
• 生命科學與醫學：
• 生物傳感：檢測特定生物標志物。
• 熒光成像：用于細胞和分子生物學研究。
• 血液分析、病理檢測。
• 藝術與考古：
• 無損分析畫作顏料的成分，鑒定真偽。
• 分析文物材質，研究古代工藝和斷代。
• 日常生活：
• 智能手機的顏色傳感器（簡易光譜儀）。
• 超市里用于檢測果蔬糖度、營養成分的便攜設備。

更多信息：一文盤點海洋光學（Ocean Optics）光譜儀的行業應用

光譜儀是一種將光“分解”并“解讀”的精密儀器。它不直接告訴我們“這是什么”，而是告訴我們“這個物體發出了或吸收了哪些特定波長的光”。科學家通過比對已知的“指紋庫”（標準光譜數據庫），就能揭示出物質的真實身份和內在屬性。 

一言以蔽之：光譜儀是科學家解讀“光的指紋”，從而揭示物質本質的萬能鑰匙。

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