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拉曼光谱(Raman spectra)，是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼(Raman)所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。

历史

1928年C.V.拉曼实验发现，当光穿过透明介质(液体苯)被分子散射的光发生频率变化，这一现象称为拉曼散射。在透明介质的散射光谱中，频率与入射光频率υ0相同的成分称为瑞利散射；频率对称分布在υ0两侧的谱线或谱带υ0±υ1即为拉曼光谱，其中频率较小的成分υ0-υ1又称为斯托克斯线，频率较大的成分υ0+υ1又称为反斯托克斯线。靠近瑞利散射线两侧的谱线称为小拉曼光谱；远离瑞利线的两侧出现的谱线称为大拉曼光谱。瑞利散射线的强度只有入射光强度的10-3，拉曼光谱强度大约只有瑞利线的10-3。小拉曼光谱与分子的转动能级有关，大拉曼光谱与分子振动-转动能级有关。拉曼光谱的理论解释是，入射光子与分子发生非弹性散射，分子吸收频率为υ0的光子，发射υ0-υ1的光子(即吸收的能量大于释放的能量)，同时分子从低能态跃迁到高能态(斯托克斯线)；分子吸收频率为υ0的光子，发射υ0+υ1的光子(即释放的能量大于吸收的能量)，同时分子从高能态跃迁到低能态(反斯托克斯线)。分子能级的跃迁仅涉及转动能级，发射的是小拉曼光谱；涉及到振动-转动能级，发射的是大拉曼光谱。与分子红外光谱不同，极性分子和非极性分子都能产生拉曼光谱。激光器的问世，提供了优质高强度单色光，有力推动了拉曼散射的研究及其应用。拉曼光谱的应用范围遍及化学、物理学、生物学和医学等各个领域，对于纯定性分析、高度定量分析和测定分子结构都有很大价值。

拉曼散射光谱的特征

a. 拉曼散射谱线的波数虽然随入射光的波数而不同，但对同一样品，同一拉曼

谱线的位移与入射光的波长无关,只和样品的振动转动能级有关；

b. 在以波数为变量的拉曼光谱图上，斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分布在

瑞利散射线两侧, 这是由于在上述两种情况下分别相应于得到或失去了一个振动量子的能量。

c. 一般情况下，斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。这是由于Boltzmann分

布，处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。故拉曼光谱记录的是斯托克斯线，瑞利散射和反斯托克斯线就不记录了。

拉曼光谱和红外光谱的相同点

拉曼波数的常规范围：40-4000 cm-1，一台拉曼就包括了完整的震动频率范围。而红外光谱包括近中远范围，通常需要几台仪器或用一台仪器分几次扫描才能完成整个光谱的记录。

对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位移相等，均代表第一振动能级的能量。因此对于某一给定的化合物，某些峰的红外吸收波数与拉曼位移完全相同。红外吸收波数与拉曼位移均在红外区，两者都反映分子的结构信息。

拉曼光谱和红外光谱的区别

红外光谱测定的是样品的透射光谱。当红外光穿过样品时，样品分子基团吸收红外光产生振动，得到红外吸收光谱。其入射光及检测光都是红外光。横坐标是波数或波长表示。需制样。红外池窗片都是金属卤化物，大多数溶于水且水本身有红外吸收，故不能测水溶液。样品池需要特殊材料。

拉曼光谱测定的是样品的发射光谱。当单色激光照射在样品上时，产生拉曼散射，检测器检测到的是拉曼散射光。其入射光及检测光都是可见光。横坐标是拉曼位移，即与瑞利散射频率的差值。不需制样，但有时会烧蚀样品。可测水溶液。可用普通的玻璃毛细管或石英池做样品池。

如何判别分子的拉曼或红外活性？

1)凡是具有对称中心的分子，如CS2和CO2等线性分子，红外和拉曼活性是相互排斥的，若红外吸收是活性的，则拉曼散射是非活性的，反之亦然。

2)不具有对称中心的分子，如H2O，SO2等，其红外和拉曼活性是并存的。当然，在两种谱图中各峰之间的强度比可能有所不同。

3)少数分子的振动其红外光谱和拉曼光谱都是非活性的，例如平面对称分子乙烯的扭曲振动，即没有偶极矩变化，也不产生极化率的改变。

为什么要测定拉曼光谱？

红外光谱和拉曼光谱是互补的。

一个基团存在几种振动模式时，偶极矩变化大的振动，红外吸收峰强；偶极矩变化小的振动，红外吸收峰弱。

拉曼光谱与之相反，偶极矩变化大的振动，拉曼峰弱；偶极矩变化小的振动，拉曼峰强，偶极矩没有变化的振动，拉曼峰最强。

拉曼光谱技术的优越性

提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。此外：

1 由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光谱是研究水溶液中的生物样品和化学化合物

的理想工具。

2 拉曼一次可以同时覆盖50-4000波数的区间，可对有机物及无机物进行分析。

相反，若让红外光谱覆盖相同的区间则必须改变光栅、光束分离器、滤波器和检测器。

3 拉曼光谱谱峰清晰尖锐，更适合定量研究、数据库搜索、以及运用差异分析进

行定性研究。在化学结构分析中，独立的拉曼区间的强度可以和功能集团的数量相关。

4 因为激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米，常规拉曼光谱只需要

少量的样品就可以得到。这是拉曼光谱相对常规红外光谱一个很大的优势。而且，拉曼显微镜物镜可将激光束进一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面积的样品。

5 共振拉曼效应可以用来有选择性地增强大生物分子特个发色基团的振动，这些

发色基团的拉曼光强能被选择性地增强1000到10000倍。

激光拉曼光谱法的应用

激光拉曼光谱法的应用有以下几种：在有机化学上的应用，在高聚物上的应用，在生物方面上的应用，在表面和薄膜方面的应用。

有机化学：拉曼光谱在有机化学方面主要是用作结构鉴定的手段，拉曼位移的大小、强度及拉曼峰形状是碇化学键、官能团的重要依据。利用偏振特性，拉曼光谱还可以作为顺反式结构判断的依据。

高聚物：拉曼光谱可以提供关于碳链或环的结构信息。在确定异构体(单休异构、位置异构、几何异构和空间立现异构等)的研究中拉曼光谱可以发挥其独特作用。电活性聚合物如聚毗咯、聚噻吩等的研究常利用拉曼光谱为工具，在高聚物的工业生产方面，如对受挤压线性聚乙烯的形态、高强度纤维中紧束分子的观测，以及聚乙烯磨损碎片结晶度的测量等研究中都采用了拉曼光谱。

生物：拉曼光谱是研究生物大分子的有力手段，由于水的拉曼光谱很弱、谱图又很简单，故拉曼光谱可以在接近自然状态、活性状态下来研究生物大分子的结构及其变化。拉曼光谱在蛋白质二级结构的研究、DNA和致癌物分子间的作用、视紫红质在光循环中的结构变化、动脉硬化操作中的钙化沉积和红细胞膜的等研究中的应用均有文献报道。

利用FT-Raman消除生物大分子荧光干扰等，有许多成功的示例。

表面和薄膜：拉曼光谱在材料的研究方面，在相组成界面、晶界等课题中可以做很多例作。

最近，对于拉曼光谱在金刚石和类金刚石薄膜的研究工作中的应用，国内外学者的兴趣有增无减。

拉曼光谱已成CVD(化学气相沉积法)制备薄膜的检测和鉴定手段。

另外，LB膜的拉曼光谱研究、二氧化硅薄膜氮化的拉曼光谱研究都已见报道。尽管拉曼散射很弱，拉曼光谱通常不够灵敏，但利用共振或表面增强拉曼技术就可以大大加强拉曼光谱的灵敏度。表面增强拉曼光谱学(SERS)已成为拉曼光谱研究中活跃的一个领域。