本发明公开了一种海水溢油分类检测装置，属于多光谱测量技术领域，包括自动环流平台、光学检测系统和自动控制单元；自动环流平台采集含有溢油的海水，并将海水进样和海水与纳米材料的恒温混合液体分时送入比色皿；光学检测系统利用可激发荧光信号的激光光源照射比色皿中的海水进样，以激发出荧光信号并进行收集，生成荧光光谱数据；或者利用可激发拉曼光信号的激光光源照射比色皿中的恒温混合液体，以激发出拉曼光信号并进行收集，生成拉曼光谱数据；自动控制单元接收荧光光谱数据和拉曼光谱数据，执行海水溢油分类检测过程。采用本发明的装置可以提高溢油分类检测的速度和准确度，并可对海水实现原位检测，解决了溢油溯源困难的问题。