在物質(zhì)科學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)生產(chǎn)乃至宇宙探索的各個前沿，準(zhǔn)確識別物質(zhì)成分、分析其分子結(jié)構(gòu)是認(rèn)知世界的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)化學(xué)分析往往耗時、耗材，且可能破壞樣品。激光光譜儀的出現(xiàn)，帶來了一場分析技術(shù)的革命。它利用激光與物質(zhì)相互作用的“光指紋”，實(shí)現(xiàn)了非接觸、原位、實(shí)時、高靈敏度、高特異性的分析，能瞬間解讀出物質(zhì)的元素身份與分子密碼。

一、核心原理：激光激發(fā)下的“物質(zhì)對話”

激光光譜儀并非單一技術(shù)，而是一個技術(shù)家族，其共同點(diǎn)是以高度單色性、方向性和高亮度的激光作為探針，激發(fā)樣品，并檢測樣品被激發(fā)后產(chǎn)生的、攜帶獨(dú)特信息的“光回答”。不同技術(shù)解讀“光回答”的方式不同：

1.拉曼光譜：當(dāng)激光光子與分子發(fā)生非彈性碰撞時，光子會獲得或損失與分子振動/轉(zhuǎn)動能級對應(yīng)的能量，從而發(fā)生頻率偏移（拉曼散射）。通過分析散射光頻率相對于入射激光頻率的偏移（拉曼位移），可以獲得分子的“振動指紋”，用于鑒別化學(xué)鍵、官能團(tuán)，是無機(jī)物、有機(jī)物、高分子材料、生物分子（如蛋白質(zhì)、DNA）結(jié)構(gòu)分析的利器。其幾乎無需樣品制備，可透過玻璃/塑料包裝直接檢測。

2.激光誘導(dǎo)擊穿光譜：高能脈沖激光聚焦于樣品表面，瞬間產(chǎn)生高溫等離子體。等離子體在冷卻過程中，其內(nèi)部被激發(fā)的原子/離子會發(fā)射出具有特征波長的光。通過分析這些特征譜線，即可定性并半定量地確定樣品中的元素組成（從H到U）。LIBS技術(shù)被譽(yù)為“未來的化學(xué)分析之星”，因其可遠(yuǎn)程、快速、多元素同時分析固體、液體、氣體，在礦產(chǎn)勘探、合金分類、環(huán)境土壤重金屬檢測、太空探測（如好奇號火星車）中應(yīng)用廣泛。

3.可調(diào)諧二極管激光吸收光譜：利用波長可精密調(diào)諧的半導(dǎo)體激光器，掃描目標(biāo)氣體分子的特定吸收譜線。通過測量激光穿過氣體后光強(qiáng)的衰減（吸收深度），可以靈敏度、高選擇性地測量氣體濃度。TDLAS是在線、實(shí)時監(jiān)測痕量氣體（如工業(yè)過程氣中的CO、CO?、NH?、H?O，或大氣中的甲烷）濃度的黃金標(biāo)準(zhǔn)。

4.激光誘導(dǎo)熒光光譜：激光激發(fā)分子至激發(fā)態(tài)，分子返回基態(tài)時發(fā)射熒光。通過分析熒光光譜的波長和強(qiáng)度，可研究分子的電子結(jié)構(gòu)、識別特定物質(zhì)（如某些污染物、生物標(biāo)記物）。

二、技術(shù)優(yōu)勢與核心價值

1.非接觸與非破壞性：絕大多數(shù)激光光譜技術(shù)無需或只需極少樣品制備，不破壞樣品，可實(shí)現(xiàn)原位、活體、在線分析，如文物鑒定、活細(xì)胞研究、生產(chǎn)線原料/成品快速篩檢。

2.高空間分辨率：激光可聚焦到微米甚至納米尺度，結(jié)合顯微鏡可實(shí)現(xiàn)顯微光譜成像，繪制出樣品表面化學(xué)成分的分布圖，是材料科學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生命科學(xué)的強(qiáng)大工具。

3.高靈敏度與高速：可檢測ppb甚至ppt級的痕量成分，單次測量通常僅需數(shù)秒，滿足快速篩查和實(shí)時監(jiān)控需求。

4.適應(yīng)復(fù)雜樣品：可分析固體、液體、氣體、粉末、薄膜、生物組織等幾乎所有物態(tài)的樣品。

三、廣泛的應(yīng)用疆界

•材料科學(xué)：鑒定未知材料、分析涂層/薄膜成分、研究半導(dǎo)體摻雜、檢測碳材料缺陷。

•制藥與生物：藥物多晶型鑒別、原料藥/成品藥成分確認(rèn)、細(xì)胞/組織成像、疾病標(biāo)志物檢測。

•刑偵與安檢：爆炸物、油漆碎片、墨水等微量物證的快速鑒別。

•環(huán)境與能源：大氣污染物遙測、水質(zhì)在線監(jiān)測、燃燒過程診斷、煤炭/燃油品質(zhì)快速分析。

•工業(yè)過程控制：冶金成分在線分析、聚合物種類分揀、食品真?zhèn)舞b別。

激光光譜儀，將激光的“純粹”與物質(zhì)對光的“響應(yīng)”結(jié)合，開啟了從“看見”物質(zhì)到“讀懂”物質(zhì)成分的新時代。它把復(fù)雜的化學(xué)信息編碼在光頻的細(xì)微變化中，再通過精密的“解碼器”還原為清晰的成分與結(jié)構(gòu)報告。