光谱仪是如何工作的？ 光谱仪的目标都是测量电磁辐射与样品的相互作用（吸收、反射、散射）或样品的电磁辐射发射（荧光、磷光、电致发光）。光谱仪涉及电磁光谱光学区域内的电磁辐射，电磁光谱是跨越光谱紫外、可见和红外波长区域的光。 

为了获得的信息，光的相互作用或发射应作为波长的函数进行测量，因此，所有光谱仪的共同特征是波长选择的机制。在低成本光谱仪中或在波长选择不重要的情况下，使用光学滤波器隔离感兴趣的波长区域。然而，为了选择波长和生成光谱，需要一种将光分离为其组成波长的色散元件。在所有现代光谱仪中，这种色散元件是一个衍射光栅，其中构造性干涉和相消干涉用于在空间上分离入射到光栅上的多色光（图2）。 

衍射光栅是单色仪的关键部件，单色仪用于从多色光源中选择特定波长的光。在单色仪中，衍射光栅旋转以改变与出口狭缝对齐并通过出口狭缝的波长。在所有分光光度计（见下一节）中都可以找到激发单色仪，用于选择所需的激发波长，以从白光源（图3激发单色仪）到达样品，并通过扫描单色仪和测量作为激发波长函数的信号变化来测量光谱。 

检测样品发出的光有两种方法。种是发射单色仪，其工作原理与上述相同，但光源是样品的发射，单色仪选择到达检测器的光波长（图3发射单色仪）。第二种方法是使用称为光谱仪（图3光谱仪）的阵列探测器（如CCD摄像机）检测分散光的光谱。所有荧光光谱仪和拉曼光谱仪中至少有一个发射单色仪或光谱仪（见以下章节）。 

光谱仪的类型 

现在分光计的关键部件已经确定，可以讨论不同类型的分光计、它们的作用和基本设计。介绍了三种常用的光谱仪：分光光度计、荧光分光光度计和拉曼光谱仪。 

1、分光光度计（也称为紫外-可见分光光度计） 

分光光度计一词可以指测量光的各种仪器，其准确定义取决于科学或工业领域。在所有情况下，术语“照片”用于表示光谱仪用于定量测量具有波长的光强度。在学术研究（尤其是化学和生物实验室）中，分光光度计一词专门用于指测量样品对光的吸收的光谱仪，此处将使用该定义。 

基本单光束分光光度计的样式化布局如图4所示。它包括一个白色光源，通常是覆盖紫外线范围的氘弧灯和覆盖可见光范围的卤钨灯的组合；或单个氙弧灯，以覆盖整个范围。然后是一个激发单色仪，它选择到达样品的光的波长。然后，对于透明样品（如溶液），该光穿过样品（如图4所示），或者对于不透明样品，该光从表面反射。然后使用通常为光电倍增管或硅光电二管的检测器监测透射或反射光的强度。 

除了独立的分光光度计外，分光光度计的功能也可以作为次要功能并入其他分光光度计。这方面的一个例子是FS5荧光分光光度计，它以透射检测器为标准，除了作为荧光分光光度计外，还具有单光束分光光度计的所有功能。 

分光光度计中常见的测量是测量样品的吸收光谱。扫描激发单色仪，并在检测器上 

记录通过样品传输的光强变化。然后用参比样品重复上述步骤，并对磷酸盐缓冲盐水中的荧光素溶液的吸收光谱进行计算，如图5所示。 

2、荧光光谱仪（也称为荧光/光致发光光谱仪） 

荧光光谱仪用于测量样品的荧光发射（或更一般地说，光致发光）。荧光光谱仪和荧光/光致发光光谱仪这两个术语可以互换，不同的制造商使用不同的名称来称呼它们。一般惯例是荧光分光光度计是指尺寸与分光光度计相似的小型台式仪器，如FS5荧光分光光度计，而术语荧光/光致发光光谱仪用于更大的光谱仪，具有更高的性能和更多样化的功能，如FLS1000光致发光光谱仪。 

3、拉曼光谱仪 

拉曼光谱仪用于测量样品光的拉曼散射。典型拉曼光谱仪的设计如图10所示，与荧光光谱仪类似，但有一些关键区别。荧光光谱仪中的白光光源和激发单色仪被激光所取代。原因有两个。首先，“拉曼”是一种散射效应，因此光不会被样品吸收。这意味着不需要与吸收特性匹配的宽带可调谐光源。第二个原因是，拉曼效应比荧光弱得多（瑞利散射光与拉曼散射光的比率约为105），因此，具有高光子通量的光源对于实现这一点至关重要。