拉曼光谱属于振动光谱的范畴。这意味着它通过化学方法分析样品，利用光来创造(激发)分子振动，然后解释这种相互作用。

它是基于当物质被光照射时发生的光的非弹性散射。由于波长的变化与照射光的波长相比非常小，所以使用单色光光源时最容易观察到波长的变化。

在这种(单色光)与样品发生相互作用后，其中非常小的一部分改变了波长。这就是所谓的变化，拉曼效应。我们现在可以收集光，并利用它来获取样本的信息。

拉曼效应

为了更好地理解，重要的是要知道，当光子(光)“撞击”物质时，大部分散射光在其波长上保持不变。

例如，如果你用绿色激光笔指着一堵墙，你总会看到一个绿色的点。散射光的颜色明显相同，这种现象称为瑞利散射。

然而，也可以发生非弹性散射过程，然后导致发射不同波长的光。这通常与分子振动有关。这种散射现象被称为拉曼效应，由阿道夫·斯迈卡尔在1923年预测，C.V.拉曼在1930年发现。

利用光谱中的拉曼效应

发现和理解拉曼效应为一种新的光谱学打开了大门。然而，由于单色光的使用发挥了重要作用，直到激光的发现，拉曼光谱学才真正起飞。因此，用激光照射样品，用光谱仪(色散或FT技术)分析一些散射光。最后，我们得到了一个拉曼光谱，显示了我们所研究的材料的特征信号或“波段”。

令人惊讶的是，建造拉曼光谱仪其实很简单!

为了获得拉曼光谱，你只需要将激光聚焦到你想要研究的样本上。然而，该样品在用于激发的激光下不能显示荧光。如果是这样的话，荧光将覆盖大部分的拉曼效应，因为相比之下它是如此微弱。

激光照射完样品后，散射光通过一个滤光片(以去除激发激光发出的任何光)。然后将其定向到光栅上，光栅像棱镜一样根据波长分布非弹性部分。最后，这些光线被导向CCD传感器，然后根据强度输出光谱。

这是二甲基硅氧烷样品(蓝色)的拉曼光谱，与光谱库中的参考物比较。

在开头我们提到拉曼光谱包含某些“波段”或信号。它们对于某些官能团是独特的，通常对于物质也是如此。它们不仅提供了有关物质化学成分的信息，还提供了关于结晶度、多态性或压力和温度变化的信息。

拉曼光谱是材料研究、新药物开发以及任何需要纳米级化学微量分析的领域的有力工具，拉曼可以分析0.5 μ m (500 nm)以下的样品。

通常，用于拉曼光谱的激光在可见范围内，这意味着它可以自由地通过用于取样玻片或显微镜镜头的玻璃。因此，将拉曼光谱仪集成到标准显微镜的光学系统中是相当可行的。

事实上，通常显微镜比经典的台式拉曼光谱仪更受青睐，因为它提供了“点和拍摄”的方法，不需要很多额外的样品制备。样品(如石墨烯纤维)置于物镜下，用显微镜瞄准并直接分析。

简单地说，拉曼显微镜是用于进行拉曼光谱的基于激光的显微设备。

拉曼光谱是基于光与物质化学键的相互作用。这产生了关于化学结构、多态性、结晶度和分子动力学的详细信息。

拉曼光谱就像化学指纹，可以清晰地识别分子或材料。就像人类的指纹一样，它可以与参考库进行比对，从而非常快速地识别材料或将其与其他材料区分开来。这样的拉曼光谱库通常包含数百个光谱，将样品的光谱与这些光谱进行比较以确定分析物。

• 化学成分及性质
• 结晶度和多态性
• 污染和缺陷
• 热暴露和机械暴露

拉曼是一种通用的表征技术，因此对无机和有机材料都适用。然而，由于它是基于相当弱的拉曼效应，其他光谱效应和某些材料特性可能会严重干扰。在样品荧光的情况下，样品不会产生很好的拉曼光谱。然而，转换到近红外(NIR)激光器和FT-Raman技术是一个可行的解决方案。另一个更重要的问题是强吸收(如黑色)样品，例如填充碳的聚合物。

拉曼测量所需的时间取决于几个因素，如所需的光谱质量、样品性质，当然还有所用的拉曼光谱仪。通常，在几秒钟内就可以获得高质量的拉曼光谱。

拉曼光谱可以用于需要非破坏性(显微)化学分析和成像的所有领域。它提供定性和定量分析问题的答案。通常，拉曼光谱易于使用，能快速提供表征样品化学组成和结构的关键信息。基本上，样品是固态、液态还是气态都无关紧要。

以下是拉曼光谱的一些应用:

• 药品
• 地质学和矿物学
• 半导体
• 材料研究
• 医疗保健