Optiline spektroskoopia on vahend füüsiliste objektide omaduste uurimiseks, mis põhineb objekti kiirgamise ja valgusega interaktsiooni mõõtmisel. Seda saab kasutada selliste atribuutide mõõtmiseks nagu objekti keemiline koostis, temperatuur ja kiirus. See hõlmab nähtavat, ultraviolett- või infrapunavalgust, üksi või kombinatsioonis, ja on osa suuremast spektroskoopiliste tehnikate rühmast, mida nimetatakse elektromagnetiliseks spektroskoopiaks. Optiline spektroskoopia on oluline tehnika tänapäevastes teadusvaldkondades, nagu keemia ja astronoomia.
Objekt muutub nähtavaks footoneid kiirgades või peegeldades ning nende footonite lainepikkused sõltuvad objekti koostisest koos muude atribuutidega, nagu temperatuur. Inimsilm tajub erinevate lainepikkuste olemasolu ja puudumist erinevate värvidena. Näiteks tajutakse footoneid lainepikkusega 620–750 nanomeetrit punasena ja seega näeb objekt, mis kiirgab või peegeldab peamiselt selles vahemikus olevaid footoneid, punane. Spektromeetriks nimetatava seadme abil saab valgust analüüsida palju suurema täpsusega. See täpne mõõtmine – koos arusaamisega valguse erinevatest omadustest, mida erinevad ained eri tingimustes toodavad, peegeldavad või neelavad – on optilise spektroskoopia aluseks.
Erinevad keemilised elemendid ja ühendid erinevad selle poolest, kuidas nad footoneid kiirgavad või nendega interakteeruvad, tulenevalt neid moodustavate aatomite ja molekulide kvantmehaanilistest erinevustest. Spektromeetriga mõõdetud valgusel pärast seda, kui valgus on uuritavalt objektilt peegeldunud, läbinud või kiirgatud, on nn spektrijooned. Need jooned on valguse või pimeduse teravad katkestused spektris, mis näitavad ebatavaliselt suurt või ebatavaliselt väikest teatud lainepikkusega footonite arvu. Erinevad ained tekitavad eristatavaid spektrijooni, mida saab kasutada nende tuvastamiseks. Neid spektrijooni mõjutavad ka sellised tegurid nagu objekti temperatuur ja kiirus, seega saab nende mõõtmiseks kasutada ka spektroskoopiat. Lisaks lainepikkusele võivad kasulikku teavet anda ka muud valguse omadused, näiteks selle intensiivsus.
Optilist spektroskoopiat saab teha mitmel erineval viisil, olenevalt sellest, mida uuritakse. Individuaalsed spektromeetrid on spetsiaalsed seadmed, mis keskenduvad elektromagnetilise spektri spetsiifiliste kitsaste osade täpsele analüüsile. Seetõttu on neid erinevate rakenduste jaoks laias valikus.
Üks peamisi optilise spektroskoopia tüüpe, mida nimetatakse neeldumisspektroskoopiaks, põhineb sellel, et tuvastatakse, milliseid valguse lainepikkusi aine neelab, mõõtes footoneid, mida see läbib. Valgust saab toota spetsiaalselt selleks otstarbeks seadmetega, nagu lambid või laserid, või see võib pärineda looduslikust allikast, näiteks tähevalgusest. Seda kasutatakse kõige sagedamini gaasidega, mis on piisavalt hajusad, et valgusega suhelda, võimaldades samal ajal valgust läbida. Absorptsioonspektroskoopia on kasulik kemikaalide tuvastamiseks ja seda saab kasutada segu elementide või ühendite eristamiseks.
See meetod on ülimalt oluline ka kaasaegses astronoomias ning seda kasutatakse sageli taevaobjektide temperatuuri ja keemilise koostise uurimiseks. Astronoomiline spektroskoopia mõõdab ka kaugemate objektide kiirust, kasutades ära Doppleri efekti. Vaatleja poole liikuva objekti valguslainetel on vaatleja suhtes kõrgemad sagedused ja seega madalamad lainepikkused kui puhkeolekus oleva objekti valguslainetel, samas kui eemalduva objekti valguslainetel on madalam sagedus. Neid nähtusi nimetatakse vastavalt siniseks ja punaseks nihkeks, kuna nähtava valguse laine sageduse tõstmine viib selle spektri sinise/violetse otsa poole, sageduse langetamine aga punase poole.
Teine oluline optilise spektroskoopia vorm on emissioonispektroskoopia. Kui aatomeid või molekule ergastab väline energiaallikas, näiteks valgus või soojus, tõuseb nende energiatase ajutiselt, enne kui langeb tagasi põhiolekusse. Kui ergastatud osakesed naasevad oma põhiolekusse, vabastavad nad liigse energia footonite kujul. Nagu neeldumise puhul, kiirgavad erinevad ained erineva lainepikkusega footoneid, mida saab seejärel mõõta ja analüüsida. Selle tehnika ühes levinud vormis, mida nimetatakse fluorestsentsspektroskoopiaks, antakse analüüsitavale subjektile energia, tavaliselt ultraviolettvalgusega. Aatomiemissioonispektroskoopias kasutatakse tuld, elektrit või plasmat.
Fluorestsentsspektroskoopiat kasutatakse tavaliselt bioloogias ja meditsiinis, kuna see kahjustab bioloogilisi materjale vähem kui teised meetodid ja kuna mõned orgaanilised molekulid on loomulikult fluorestseeruvad. Aatomabsorptsioonspektroskoopiat kasutatakse keemilises analüüsis ja see on eriti tõhus metallide tuvastamisel. Erinevat tüüpi aatomabsorptsioonspektroskoopiat kasutatakse sellistel eesmärkidel nagu väärtuslike mineraalide tuvastamine maakides, kuriteopaigalt saadud tõendite analüüsimine ning metallurgia ja tööstuse kvaliteedikontrolli säilitamine.