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光谱分析是研究光与物质相互作用的学科，是一门主要涉及物理与化学的重要交叉学科。鉴于此特点，光谱分析不仅是化学测量学中的核心内容之一，也是化学、物理学中的重要分支，并广泛应用于环境、生命、材料、信息等其他诸多领域，成为人们观察与认识客观世界的最重要的手段之一。
光谱分析有着悠久的历史。最早可追溯到公元1世纪古罗马，盖乌斯·普林尼·塞孔都斯[Gaius Plinius Secundus，公元23（或24）—79]用橡子的提取物（没食子酸，化学名为3，4，5-三羟基苯甲酸）显色检验铁。1565年，西班牙医生和植物学家莫纳德斯（N.B.Monardes）曾观察到，浸泡在紫檀木制作的木杯中的水可发出神奇的蓝光（这种光后来被称作荧光，其主要荧光组分是matlaline），并指出此现象可用于鉴别紫檀木的真伪。这是最早的关于荧光现象及其分析应用的记录资料 [1，2] 。1666年，牛顿利用三棱镜观察到太阳光的色散现象，把通过圆孔的白光分散为彩色光带，于1672年在 Philosophical Transaction 杂志上发表了题为“A new theory about light and colours”的研究成果，并首次提出了术语“spectrum”（光谱）。其后一直到1802年，沃拉斯顿（W.H.Wollaston）与1814年夫琅禾费（J.Fraunhofer）利用狭缝代替圆孔先后观察到了光谱暗线 [3] 。夫琅禾费进一步结合衍射光栅，对太阳光谱中576条狭窄的“夫琅禾费暗线”进行分类，并对其中的主要光谱线用阿拉伯字母A，B，C，…，H标记，这些光谱暗线的解释也成为此后45年的一个重要问题；到1859年，基尔霍夫（G.R.Kirchhoff）给出了合理的解释，认为是来自太阳的光被大气中存在的化学物质以特定波长吸收所导致的。其中夫琅禾费标记的双黄线D的谱线是钠的吸收峰，因为波长与将钠盐放入本生灯中燃烧产生的光谱相同。通过系统的研究，基尔霍夫能够将所有的“夫琅禾费暗线”与不同的元素（如Fe与Ca）相对应起来。这一早期成就证明了利用光谱能够远距离地识别具有不同光谱特征的原子和分子。这种光谱分析已被开发并应用于识别和监测天体物理源（如星际云、大气层）中、在高速公路上飞驰而过的汽车尾气中的分子 [4] 。
根据研究对象的不同，光谱分析主要分为分子光谱分析和原子光谱分析，它们是根据物质的光谱特征来鉴别及确定其化学组成和相对含量的方法。常用的方法有：紫外-可见吸收光谱法、红外吸收光谱法、荧光光谱法、原子吸收光谱法、原子发射光谱法等。由于光谱学是量子力学的实际应用，所以本章将从量子力学的基本概念出发，简要介绍常见的分子光谱的基本原理、分析应用范围，并结合新的研究成果，重点描述基于不同光学（显色、荧/磷光）探针的分子光谱分析与应用，以及该领域目前面临的挑战，以展望其未来的发展趋势。对于原子光谱分析，本章基本不予讨论。