طیف‌ سنجی در تعریف ساده آن عبارت است از ثبت و سنجش نور و در معنای تخصصی آن به مجموعه ای از روش‌ها و فرآیندهایی گفته می‌شود که در آن برهمکنش نور با ماده مورد مطالعه قرار بگیرند. اما اگر از تعاریف علمی و شاید سخت آن بگذریم شاید بتوان  طیف‌سنجی را اینگونه ساده نمود:

ما به ماده یک نور مشخص می‌تابانیم. ماده با توجه با ساختارهای درونی خود یک واکنش به این نور خواهد داد. ما این واکنش را ثبت می‌کنیم و از روی آن به چیستی ماده پی میبریم.

تاریخچه تکنولوژی طیف‌سنجی شاید به اولین آزمایش‌هایی برگردد که نیوتن در قرن ۱۷ انجام داد. تجزیه نور خورشید با یک منشور ساده و مشاهده طیف‌ نور آن، جزو اولین تلاش‌های بشر برای ورود به عرصه طیف‌ سنجی است. اگر بخواهیم همه روش‌های طیف‌ سنجی را برشماریم شاید بیش از ۴۰ نوع روش طیف‌ سنجی وجود داشته باشد که هر کدام برای کاربرد خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اما اگر بخواهیم پرکاربردترین‌ها را دسته‌بندی و معرفی کنیم، باید بگوییم طیف‌ سنجی‌های مولکولی و طیف‌ سنجی‌های اتمی بیشترین کاربرد را دارند.  طیف‌ سنجی مولکولی به روش هایی اطلاق می‌گردد که در آن موادی که در ساختار خود به شکل مولکولی هستند، وارد اندرکنش شده و مورد بررسی قرار می‌گیرند. طیف‌ سنجی‌های اتمی نیز با برهمکنش با اتم‌های سازنده مواد، اطلاعات مورد نیاز ما را به دست می‌دهند.

در تمام آزمایش‌های طیف‌ سنجی سه قسمت اصلی وجود دارد:

  • عامل تحریک

  • نمونه (ماده یا چیزی که قرار است مورد آزمایش قرار بگیرد)

  • آشکارساز (قطعه یا سیستمی که اطلاعات را برهمکنش را ثبت می‌کند)

 

فرض کنید می‌خواهیم میزان محکم بودن یک آجر را تست کنیم. آزمایش ساده است با یک چکش با قدرت های مختلف روی آن می‌کوبیم و مشاهده می‌کنیم. در این آزمایش عامل تحریک چکش ماست، نمونه آجر است و آشکارساز چشم ما. در یک آزمایش  طیف‌ سنجی عامل تحریک می‌تواند امواج الکترومغناطیسی، شعله آتش، صوت، ضربه و یا واکنش‌های شیمیایی باشد.

در طیف‌ سنجی‌های مدرن امروزی که روی مولکول‌ها و اتم ها اعمال می‌شود، امواج الکترومغناطیسی بیشترین استفاده را دارند. در این فرآیند یک موج الکترومغناطیسی به ماده تابیده شده و وارد برهمکنش با ماده می‌شود. یک آشکار ساز این برهمکنش را نظاره می‌کند و در نهایت اطلاعات مورد نظر را به ما می‌دهد.

بسته به اینکه چه اطلاعاتی را مد نظر داریم از قسمت‌های مختلف امواج الکترومغناطیسی استفاده می‌کنیم. امواج الکترومغناطیسی آن دسته از امواجی هستند که دارای میدان الکتریکی و مغناطیسی متغیر با زمان هستند که با سرعت نور در فضای خالی منتشر می‌شوند.

در واقع در طیف‌ سنجی ما به دنبال جابجا کردن ماده بین ترازهای انرژی کوانتمی آن هستیم. شاید این تعریف سخت به نظر برسد اما مفهوم آن بسیار ساده است. وقتی موج الکترومغناطیسی به ماده برخورد کند، سیستم  از تراز پایه به ترازهای برانگیخته جا به جا‌ می‌شود. سپس چیزی در حدود چند فمتوثانیه (ترازهای ارتعاشی) تا چند نانوثانیه (ترازهای الکترونی) در ترازبالا استراحت می‌کند. سپس با پس دادن انرژی به تراز پایه برمی‌گردد. اگر فرآیند فسفرسانس باشد ممکن است تا چند ساعت هم در ترازهای بالا استراحت کند و سپس برگردد!

بنابراین فهمیدیم امواج الکترومغناطیسی سیستم را بین ترازها جا به جا می‌کند و ماده با جا بجا شدن و پس دادن انرژی به ما کمک می‌کند تا اطلاعاتی را در مورد آن به دست آوریم.