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依据量子化学理论，物质的分子或者原子都存在于相应的能级状态中。在没有外界干扰的情况下，物质都处于能量最低、最稳定的状态——基态，量子化能级为E0；当受到外界能量的作用时，物质会处于某一较高能量、不稳定的状态——激发态，量子化能级为Ei。两个状态的量子化能级之差为

ΔE也就是发生量子化能级跃迁所需的能量。如果外界的能量是以某一电磁辐射（也就是光波，频率ν、波长λ）的形式提供的，其能量大小刚好满足上述两个状态的量子化能级之差的要求时，就会发生能级跃迁，即

图1-2　1mol光量子的能量与波长的关系曲线

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这就建立起了ΔE与λ（或ν）简单关系式。对于某一特定物质微粒来说，它的基态与激发态的两个量子化能级之差是确定的，是其内部结构的特征性反映；不同的物质微粒的ΔE是有差别的，这个差别我们可以通过符合上述关系式的波长λ来区别。这就是通过光谱来对物质进行定性、定量分析的理论依据。

在这里，ΔE与检测的电磁波信号有两种情况。一种是检测外部提供的电磁波能量被物质吸收后的变化，因此引起物质微粒从基态跃迁到某一激发态，即E0→Ei，这种外部提供电磁波能量的变化就是吸收光谱；另一种是物质微粒在外部能量作用下，其量子化能级已经跃迁到激发态，检测的是从激发态释放能量回到基态，即Ei→E0，如果释放的能量形式是光量子，那么检测到的光量子的变化情况就是发射光谱。通过光谱分析知道，不同的物质微粒的ΔE，与一定波长的电磁波能量相适应，因此产生了各种分析方法。

（1）吸收光谱法。对于分子而言，与紫外-可见光提供的能量相适应的是分子的外层电子（也称价电子）能级跃迁，是紫外-可见分光光度法；与红外光提供的能量相适应的是分子的振动-转动能级跃迁，是红外分光光度法；与射频波提供的能量相适应的是磁核的核磁矩能级跃迁，是核磁共振波谱法。对于原子微粒而言，与紫外-可见光（锐线光源）提供能量相适应的是基态原子的价电子能级跃迁，是原子吸收分光光度法。

（2）发射光谱法。检测的是由分子的激发态跃迁到基态而发射的光量子能量的变化情况，与紫外-可见光波段能量相当，称为荧光、磷光、化学发光分析法；检测的是由原子外层电子从激发态跃迁到基态而发射的光量子能量的变化情况，与紫外-可见光波段能量相当，称为原子荧光分析法；检测的是由原子的外层电子跃迁到内层空隙而发射的光子能量的变化情况，与X射线能量相当，称为X射线荧光光谱法。

总之，光学分析方法一般包括三个过程：一是提供激发能量；二是能量与物质相互作用；三是产生被测的信号。