光谱学是物理学和化学的一个分枝，研究光或任何电磁辐射（如无线电波）与物质的相互作用。不同的波携带有不同数量的能量，从而导致不同的相互作用。出于多种原因，光谱学是检测和分析分子的强有力的工具。光谱学

• 十分灵敏，通常只需非常少的量就可鉴别某种物质。
• 能够作用于距离极远的样品，所以，它被用于天文学。
• 通常是一种非破坏性的样品分析方法。
• 能产生详细的空间和时间信息。

事实上，眼睛就是一种光谱“仪器”，因为它能分辩出不同的颜色，但科学设备能识别极暗的物体，并且能观测到光的瞬间微小细节，这是人和动物都无法做到的。

完整的七色彩虹光谱

可以将电磁辐射（可见光是其中的一个特例）当作波来看待。波有波长，波长与频率成倒数关系。波长越短，则频率越高，且辐射携带的能量越多。能量以小包（量子，也称光子）的形式传播。让我们游历一下电磁光谱，从短的波长开始：

• 宇宙射线（小于 1 pm）
• 伽玛射线 (10 pm - 1 pm)
• X 射线 (10 nm -- 1 nm)
• 紫外线 (UV) (380 nm -- 10 nm)
• 可见光 (VIS)（红 780 nm -- 紫 380 nm）
• 红外线 (IR)（1 mm -- 1 微米）
• 微波 (1 cm -- 1 mm)

• 无线电波（大于 1 cm）

可以看到，可见光在光谱中只占很小的一段。

对分子的影响

分子和原子可通过吸收光子的能量与光子（电磁波）相互作用。这种作用降低了辐射强度，可以对此进行测量。这被称为吸收光谱学。分子和原子也可能释放光子，可以对此进行检测 – 这就是所谓的发射光谱学。尚有一个完整系列的其它技术，在专门的书籍中有关于它们的论述。

光子携带能量的多少决定了它能对分子和原子产生怎样的影响。微波会激起分子旋转，红外光会引起分子内化学键的振动，可见光和紫外光会激发键内的电子。能量较高的辐射会与原子核周围的核电子或与核本身相互作用。

当波长很短时，“光”具有相当大的能量，足以将化学键打破，从而破坏或修改化学结构。（例如，紫外光就是这样对皮肤造成伤害的）。

波长与吸收力（“光谱”）之间的关系能为了解分子的化学结构提供重要线索。我们就是通过这种方法知道了遥远的星际气体云中含有何种分子。

	本图像显示了甲烷 (CH4) 的光谱，甲烷是一种自然形成的气体，用于烹饪和加热。 当红线接近图表的顶端时，表示甲烷正在以该波长发射能量。出现向底端的陡降是因为该波长的能量被吸收了，因而无法“看到”。
	这是乙醇 (C2H5OH) 的红外光谱，乙醇是醇的一种。利用仪器接收甲烷和已醇发射的红外辐射，就能鉴别这些物质，因为它们具有独特的发射和吸收红外辐射的频谱图。

在对称性和光谱学之间也有一种深层次的联系，它表明分子的对称性越高，其光谱看起来就越简单。这为 C₆₀ 的发现提供了一条重要的线索，科学家预言该分子在其红外光谱中只有四条吸收线（具有 60 个原子的分子能可以有几百条吸收线）。

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