化学计量学是一门化学与数学、统计学、计算机科学等交叉而产生的新兴化学学科分支。光谱仪器分析技术结合化学计量学方法为复杂非均相体系中感兴趣组分信息的获取提供了一种新的强有力的解决途径。复杂非均相体系的光谱数据通常除了包含丰富的化学信息外，还隐含测试条件和样本物理性质等非化学组分含量变化因素所带来的光谱信息。传统化学计量学多元校正模型并没有明确地阐明样本物理性质与样本光谱强度变化之间的定量关系，不能有效地消除样本的物理性质等非化学组分浓度变化因素对光谱定量分析结果的影响，因此应用传统的多元校正方法难以从这种复杂的光谱数据中获取准确的定量信息。为了实现复杂非均相混合物体系的准确光谱定量分析，必须发展新型的光谱定量分析理论和方法来消除样本的物理性质变化对光谱定量分析的影响，从而维护光谱校正模型的稳健性及其预测精度。本文着重对复杂非均相混合物体系光谱定量分析的一些难点问题进行了理论探讨与应用研究。本论文内容主要涉及以下几方面：第二章，考察了粉末样本的颗粒大小及紧密度对样本拉曼光谱强度的影响；发展了先进的粉末样本拉曼光谱定量分析模型。在无需任何样品前处理的情况下，实现了复杂非均相模型体系（铬酸钾和硝酸钡固体粉末混合物）中目标组分硝酸钡的准确定量分析。这一工作为复杂非均相体系（如：悬浮体系）的无损在线定量检测的研究提供了新思路。第三章，考察了混浊介质体系的吸收作用和散射效应对荧光光谱定量分析结果的影响，提出了新型的荧光光谱定量分析模型及方法，成功实现了混浊介质体系中目标组分普罗原黄素的定量测定。这一研究成果有望实现将荧光光谱用于复杂非均相体系准确定量分析。第四章，为了解决拉曼光谱成像测量中所获得的样品光谱信号质量和总采集时间之间存在的不可兼顾的矛盾，本章将平滑主成分分析与拉曼光谱成像技术相结合，对含微量乙酰水杨酸的硬脂酸镁模型药片进行分析。实验结果表明：平滑主成分分析能够在保证分析结果的准确度的前提下，显著降低拉曼光谱成像分析中光谱信号的采集时间，使拉曼光谱成像技术在复杂样本的快速分析领域的应用成为可能。