复杂混合物的成分表征一直是分析化学研究的基本问题。振动光谱成像技术可以在微观尺度上提供成分分子结构和空间分布信息，在中药等天然复杂混合物的成分表征中有很大的应用潜力。本论文通过对红外和拉曼光谱成像数据采集方法、常量和微量化学成分信息提取方法的系统研究，初步建立了以化学计量学和振动光谱成像技术为基础的中药化学成分表征方法。本论文首先提出了两种新的振动光谱成像数据信息提取方法，即“主成分载荷乘积聚类分析-交替最小二乘法”与“偏最小二乘投影-相关系数法”，前者主要用于没有参考信息时的样品化学成分非靶向解析，而后者主要用于已知目标成分的靶向检测，对微量成分的识别能力更强。为了避免化学试剂的使用对样品成分真实性的影响，本论文讨论了不同类型中药样品的直接振动光谱成像方法，首次将衰减全反射红外光谱成像技术用于中药分析，既可以对多种类型样品进行直接测试，又可以获得谱图特征容易解析的中红外光谱图像。基于上述数据采集和信息提取方法，本论文将振动光谱成像技术首先用于中药材化学成分分子结构信息提取，对连翘活性成分连翘苷、珍珠粉掺假成分方解石、关木通特征成分草酸钙和淀粉进行了成功检测，表明了该方法对中药样品里微量有机和无机成分以及二者同步检测的能力。在此基础上，本论文将振动光谱成像用于中药材化学成分的空间分布信息提取，揭示了茯苓菌丝与团块中分别含有-D-葡聚糖和-D-葡聚糖，表明了槟榔种皮主要含鞣质而胚乳主要成分为糖类、油脂和蛋白质，显示了丁香花蕾中丁香酚和草酸钙的宏观和微观空间分布情况。在中药材化学成分信息提取的基础上，本论文将振动光谱成像用于不同剂型中成药的化学成分识别与组成药材鉴定。通过振动光谱指纹图谱识别淀粉、草酸钙、鞣质、角质、泽泻醇、靛蓝、牛磺酸、大黄酚、As4S4等常量或者微量特征成分，初步建立了六味地黄丸、口腔溃疡散、牛黄解毒片三种不同剂型中成药里粉末药材的客观鉴定方法。综上所述，本论文初步建立了一套基于振动光谱成像和化学计量学技术的中药化学成分分子结构和空间分布表征方法，显著提高了对低含量化学成分的分析能力，而且能够在微观尺度上研究中药物理结构与化学成分的内在关系。本论文的研究成果也为其他天然复杂混合物的振动光谱成像分析提供了一定的借鉴。