光譜基礎(chǔ)知識(shí)：光譜范圍及其應(yīng)用領(lǐng)域

光譜（spectrum），是復(fù)色光經(jīng)過色散系統(tǒng)（如棱鏡、光柵）分光后，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案，全稱為光學(xué)頻譜。本文主要介紹了光譜的基礎(chǔ)知識(shí)：光譜范圍及其應(yīng)用領(lǐng)域。

1. 多光譜

光譜分辨率在10-1λ數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)稱為多光譜(Multi-spectral)。包括：可見光、紫外光、紅外光。

多光譜圖像是指包含很多帶的圖像，有時(shí)只有3個(gè)帶(彩色圖像就是一個(gè)例子)但有時(shí)要多得多，甚至上百個(gè)。每個(gè)帶是一幅灰度圖像，它表示根據(jù)用來產(chǎn)生該帶的傳感器的敏感度得到的場景亮度。在這樣一幅圖像中，每個(gè)像素都與一個(gè)由像素在不同帶的數(shù)值串，即一個(gè)矢量相關(guān)。這個(gè)數(shù)串就被稱為像素的光譜標(biāo)記。

2. 高光譜

光譜分辨率在10-2λ數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)稱為高光譜(Hyper-spectral)。在電磁波譜的紫外、可見光、近紅外和中紅外區(qū)域，以數(shù)十至數(shù)百個(gè)連續(xù)且細(xì)分的光譜波段對(duì)目標(biāo)區(qū)域同時(shí)成像。

目前高光譜成像技術(shù)發(fā)展迅速，常見的包括光柵分光、聲光可調(diào)諧濾波分光、棱鏡分光、芯片鍍膜等。可以應(yīng)用在食品安全、醫(yī)學(xué)診斷、航天領(lǐng)域等領(lǐng)域。

3. 紅外光譜

通常將紅外光譜分為三個(gè)區(qū)域：近紅外區(qū)(0.75-2.5μm)、中紅外區(qū)(2.5-25μm)和遠(yuǎn)紅外區(qū)(25-1000μm)。一般說來，近紅外光譜是由分子的倍頻、合頻產(chǎn)生的；中紅外光譜屬于分子的基頻振動(dòng)光譜；遠(yuǎn)紅外光譜則屬于分子的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜和某些基團(tuán)的振動(dòng)光譜。

紅外光譜對(duì)樣品的適用性相當(dāng)廣泛，固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)樣品都能應(yīng)用，無機(jī)、有機(jī)、高分子化合物都可檢測。此外，紅外光譜還具有測試迅速，操作方便，重復(fù)性好，靈敏度高，試樣用量少，儀器結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，因此，它已成為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化學(xué)和分析化學(xué)最常用和不可缺少的工具。紅外光譜在高聚物的構(gòu)型、構(gòu)象、力學(xué)性質(zhì)的研究以及物理、天文、氣象、遙感、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用

由于絕大多數(shù)有機(jī)物和無機(jī)物的基頻吸收帶都出現(xiàn)在中紅外區(qū)，因此中紅外區(qū)是研究和應(yīng)用最多的區(qū)域，積累的資料也最多，儀器技術(shù)最為成熟。通常所說的紅外光譜即指中紅外光譜。