一、光譜及光譜分析
隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步與教育的廣泛普及，現(xiàn)代的人們?cè)缭诤⑻釙r(shí)代就知道了下雨過后的彩虹并不是天上神仙的“拱橋”，而是由于光線照射到空氣中的水滴形成反射和折射后產(chǎn)生的。
人們?nèi)粘Ｉ钪兴姷墓猓怯啥喾N顏色構(gòu)成的復(fù)色光，通過棱鏡，或者類似棱鏡功能的水滴等分光后顯現(xiàn)的就變成了顏色各異的單色光。這些單色光按不同波長(zhǎng)（或頻率）大小依次排列形成的圖案，就是光譜。
光譜分析是人類借助光認(rèn)知世界的重要方式。地球上不同的元素及其化合物都有自己獨(dú)特的光譜特征，光譜因此被視為辨別物質(zhì)的“指紋”。如果說肉眼能看到物質(zhì)的形狀、尺寸等信息，光譜分析則能獲取物質(zhì)的成分信息，幫助我們看清事物的本質(zhì)。
二、光譜儀及其應(yīng)用
光譜儀又叫分光儀，是將成分復(fù)雜的光分解為光譜線的科學(xué)儀器，由棱鏡或衍射光柵等構(gòu)成。通過光譜儀分析不同物質(zhì)的光譜，可以探查出許多重要信息，比如未知星球的表體信息、鋼材和寶石的品質(zhì)、爆炸物特性等等。
1、光譜儀在文物研究方面的應(yīng)用
前段時(shí)間火爆的紀(jì)錄片《我在故宮修文物》中就有這樣一個(gè)例子：描繪乾隆皇帝的母親崇慶皇太后八十大壽時(shí)現(xiàn)場(chǎng)祝壽實(shí)景的《崇慶皇太后八旬萬(wàn)壽圖》，歷經(jīng)250多年之后非常殘破，絹面有缺損斷裂，甚至還有霉跡。要想恢復(fù)原作風(fēng)貌，修復(fù)時(shí)就要了解當(dāng)時(shí)所用的顏料。
科研人員利用光譜掃描儀對(duì)古畫顏料進(jìn)行了掃描，提取了古畫顏料信息，由此推算出當(dāng)初繪畫所用礦物原料的種類。根據(jù)不同顏料產(chǎn)地光譜曲線的差異，科技人員甚至還能反推出顏料的產(chǎn)地，這就為修復(fù)選用精準(zhǔn)顏料提供了依據(jù)。
2、光譜儀其他應(yīng)用
其實(shí)，光譜儀的應(yīng)用不止于此，光譜儀的應(yīng)用方向還包括食品藥品檢測(cè)、生化檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、照明檢測(cè)、石油化工、航天軍工等。
光譜儀在食品檢測(cè)方面的應(yīng)用舉例。光譜儀是如何幫助人們進(jìn)行檢測(cè)的呢？以市面上銷售的橄欖油、核桃油等高端油品為例，由于這些油營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，所以相應(yīng)價(jià)格也較一般食用油更貴，所以有的不法分子在其中摻入其他便宜油種來欺騙消費(fèi)者，從而賺取利潤(rùn)。如何不通過人的視覺、嗅覺、味覺等感官體驗(yàn)來檢測(cè)油品是否摻假呢？通過近紅外光譜方法有望建立起一套快速有效的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。研究人員將主要的橄欖油品類進(jìn)行光譜掃描，基于采集的數(shù)據(jù)建立起標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)一套定性鑒別或定量檢測(cè)的化學(xué)計(jì)量學(xué)分析算法和準(zhǔn)則。有了這樣一個(gè)準(zhǔn)則，之后的油品檢測(cè)都可以與此進(jìn)行比較，鑒別真?zhèn)巍?/p>
三、光譜儀的發(fā)展及其趨勢(shì)
光譜儀的研發(fā)離我們也并不遙遠(yuǎn)。有專業(yè)調(diào)查機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，在2015至2021期間，整個(gè)光譜儀器市場(chǎng)年增長(zhǎng)率為7%，而小型/微型光譜儀的復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)11%，2021年市場(chǎng)將達(dá)3億美元。從這些數(shù)據(jù)可以看出，光譜市場(chǎng)發(fā)展前景較好。
從光譜儀的發(fā)展趨勢(shì)來看，實(shí)驗(yàn)室級(jí)大型光譜儀器的市場(chǎng)已趨于穩(wěn)定，而工業(yè)和生活中的光譜檢測(cè)應(yīng)用不斷擴(kuò)大，因此，光譜儀研發(fā)重點(diǎn)應(yīng)放在適合于現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的光譜儀器，尤其是便攜式光譜儀的研發(fā)上。
隨著光譜應(yīng)用外延的不斷擴(kuò)大，便攜式光譜儀也許還不夠，能夠被更多人使用的超微型光譜儀已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)。超微型光譜儀實(shí)際上就相當(dāng)于一個(gè)傳感器，被譽(yù)為“口袋中的實(shí)驗(yàn)室”，具有體積小（U盤大小）、價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)。超微型光譜儀可以快速檢測(cè)美容類產(chǎn)品和母嬰類產(chǎn)品的有害成分、也可以測(cè)定皮膚健康度等等。
超微型光譜儀本身就是一個(gè)高度集成的模塊，從技術(shù)和成本上都不可能復(fù)制購(gòu)買核心器件再集成的方式，需要從設(shè)計(jì)、工藝上一氣呵成。目前，我國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平的差距主要是在基礎(chǔ)零部件，因此必須掌握器件技術(shù)，包括衍射光柵和微納工藝，才能建立核心競(jìng)爭(zhēng)力，為產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。
可以想見，未來，人們攜帶著超微型光譜儀，能夠?qū)κ称返臓I(yíng)養(yǎng)成分和品質(zhì)進(jìn)行快速分析，能夠?qū)】抵笜?biāo)進(jìn)行快速監(jiān)測(cè)，人們的健康就有了科技手段做保障。
（內(nèi)容參考中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院）
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