从“彩虹”到光谱仪 聊聊检测新“利器”

1666年，23岁的牛顿在幽暗房间的护窗板上开了一个小孔，一束太阳光进入并从放置好的玻璃棱镜上传过，诞生了科学史上有名的“人造彩虹”——那束折射到墙上的光不仅是变宽的光点，更是红、橙、黄、绿、蓝、紫排列的彩色光带。牛顿又将这条“人造彩虹”通过反向放置的第二个棱镜重新结合，又变成了白色的光。

基于便携式光谱模块的食品安全检测仪

一直以来遵循着“日出而作，日落而息”的人们，第一次认识到了习以为常的“光”也是一个神秘的复杂体。

随着科学的不断进步与教育的广泛普及，现代的人们早在孩提时代就知道了下雨过后的彩虹并不是天上神仙的“拱桥”，而是由于光线照射到空气中的水滴形成反射和折射后产生的。

人们日常生活中所见的光，是由多种颜色构成的复色光，通过棱镜，或者类似棱镜功能的水滴等分光后显现的就变成了颜色各异的单色光。这些单色光按不同波长(或频率)大小依次排列形成的图案，就是光谱。

光谱分析是人类借助光认知世界的重要方式。地球上不同的元素及其化合物都有自己独特的光谱特征，光谱因此被视为辨别物质的“指纹”。如果说肉眼能看到物质的形状、尺寸等信息，光谱分析则能获取物质的成分信息，帮助我们看清事物的本质。

光谱仪又叫分光仪，是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或衍射光栅等构成。通过光谱仪分析不同物质的光谱，可以探查出许多重要信息，比如未知星球的表体信息、钢材和宝石的品质、爆炸物特性等等。

前段时间火爆的纪录片《我在故宫修文物》中就有这样一个例子：描绘乾隆皇帝的母亲崇庆皇太后八十大寿时现场祝寿实景的《崇庆皇太后八旬万寿图》，历经250多年之后非常残破，绢面有缺损断裂，甚至还有霉迹。要想恢复原作风貌，修复时就要了解当时所用的颜料。

科研人员利用光谱扫描仪对古画颜料进行了扫描，提取了古画颜料信息，由此推算出当初绘画所用矿物原料的种类。根据不同颜料产地光谱曲线的差异，科技人员甚至还能反推出颜料的产地——这就为修复选用精准颜料提供了依据。

其实，光谱仪的应用不止于此，光谱仪的研发离我们也并不遥远。有专业调查机构预测，在2015至2021期间，整个光谱仪器市场年增长率为7%，而小型/微型光谱仪的复合年增长率将达11%，2021年市场将达3亿美元。从这些数据可以看出，光谱市场发展前景较好。