W badaniach biofizycznych, metody spektroskopowe zajmują jedno z ważniejszych, jak nie najważniejsze miejsce. W analizie spektroskopowej badane jest oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z materią. Dzięki temu możliwa jest analiza różnych substancji chemicznych, niezależnie od ich stanu skupienia, struktury molekularnej i wiązań chemicznych między innymi cząsteczkami. Ze względu na to, że różne częstotliwości światła w inny sposób wchodzą w interakcje z badaną substancją, można skompletować wiele informacji dotyczące oświetlanych cząsteczek.
Wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje oddziaływań promieniowania elektromagnetycznego z materią:
- Absorpcję – proces pochłaniania światła przez substancję,
- Emisję – zjawisko wypromieniowania fali elektromagnetycznej przez wzbudzoną cząsteczkę,
- Rozpraszanie –wzajemne oddziaływanie materii z falą elektromagnetycznej, prowadzącej do zmiany kierunku rozchodzenia się światła, bez udziału procesu absorpcji.
Wynika z tego, że w zależności o rodzaju oddziaływania możemy wyróżnić techniki badające konkretny typ oddziaływania światła z materią.
Pierwszą z nich są wszelkie metody, w których badane jest promieniowanie przechodzące przez próbkę. W tej metodzie znamy kierunek promienia padającego jak i przechodzącego. Dzięki temu możemy obserwować bezpośrednie zmiany w natężeniu światła oraz zmiany polaryzacji. Do tej grupy technik możemy zaliczyć między innymi spektroskopie absorpcyjną, spektroskopie w podczerwieni, spektroskopie dichroizmu kołowego i liniowego oraz badanie dyspersji skręcalności optycznej.
Drugą grupą są techniki analizy światła wyemitowanego. Ponieważ emisję światła poprzedza absorpcja światła, a następnie wypromieniowanie go w nie ustalonym kierunku, detektor ustawiony może być dowolnym miejscu. Pomiary emisji w biofizyce dotyczą głównie zjawiska fluorescencji i fosforescencji, ale także anizotropii fluorescencji oraz czasów życia tych procesów.
Ostatnią, trzecią grupą są metody analizy światła rozproszonego. Są to metody podobne do technik pomiarów emisji, z tą różnicą że dotyczą innego zjawiska (rozpraszanie elastyczne i nieelastyczne) , a co za tym idzie, udzielają innych informacji na temat badanego układu. Do tej grupy zaliczamy spektroskopię ramanowską. Ze względu na podobieństwo, a w niektórych przypadkach identyczność metod, często techniki pomiarów emisji i rozproszeń łączy się w jedną grupę – metod analizy promieniowania rozproszonego.
Niezależnie, którą z technik użyjemy, istotną rolę ma częstość fali elektromagnetycznej jaką badamy próbkę. Wynika to z faktu, że energia padającego światła zależy od częstości, co jest opisane wzorem:
E=hν
gdzie h – stała Plancka, ν – częstotliwość fali elektromagnetycznej.
Wraz ze wzrostem energii fali elektromagnetycznej, padające fotony oddziałują z innymi poziomami energetycznymi atomu lub cząsteczki. Z tego powodu, gdy światło oddziałuje z poziomami elektronowymi cząsteczki, zmieniając rozkład ładunku, otrzymujemy widmo elektronowe, analogicznie powstają widma rotacyjne i oscylacyjne.