引入
原子光谱来自电子能级跃迁，但分子比原子多了振动和转动自由度。因此分子光谱包含更丰富的信息，是化学中最重要的分析手段之一。
红外光谱（IR）、紫外-可见光谱（UV-Vis）、微波光谱，本质上都是分子光谱的不同频段。
正文
定义
分子光谱是分子在电磁辐射作用下发生转动、振动或电子能级跃迁时吸收或发射的光谱，反映分子的内部能级结构。
三种能级与对应光谱
分子内部有三种量子化的能级，对应不同频段的光谱：
| 跃迁类型 | 能级间距 | 对应光谱区 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 转动跃迁 | – | 微波 / 远红外 | 测定键长、键角 |
| 振动跃迁 | – | 中红外 | 鉴定官能团（IR） |
| 电子跃迁 | – | 可见光 / 紫外 | 分析共轭体系（UV-Vis） |
能级间距关系：
振动光谱
双原子分子的振动可近似为简谐振动，振动频率：
其中 为力常数（反映键的强度）， 为约化质量。
量子化后振动能级 ，零点能 （与不确定性原理一致）。
选择定则：，且振动过程中偶极矩必须变化。
转动光谱
刚性转子模型的转动能级：
其中 为转动惯量。转动光谱线等间距排列，间距直接与 相关，从而可以反推键长。
电子光谱的带状结构
电子跃迁时，振动和转动能级同时发生变化，产生密集的谱线。仪器分辨率不够时，这些谱线合并为宽”带”——这是分子光谱与原子光谱（锐线）的重要区别。
引出
红外光谱和紫外-可见光谱是互补的：IR 告诉你分子中有什么官能团，UV-Vis 告诉你电子结构（共轭程度、d-d 跃迁等）。拉曼散射则提供了与 IR 互补的振动信息。