一．拉曼光譜的發(fā)展歷史

1928年印度科學(xué)家拉曼實驗發(fā)現(xiàn)單色入射光透射到物質(zhì)中的散射光包含與入射光頻率不同的光，即拉曼散射。拉曼因此獲得諾貝爾獎。受散射光強度低的影響，拉曼光譜經(jīng)歷30年的應(yīng)用發(fā)展限制期。直到1960年后，激光技術(shù)的興起，拉曼光譜儀以激光作為光源，光的單色性和強度大大提高，拉曼散射信號強度大大提高，拉曼光譜技術(shù)才得以迅速發(fā)展。每一種物質(zhì)都有其特征的拉曼光譜，利用拉曼光譜可以鑒別和分析樣品的化學(xué)成分和分子結(jié)構(gòu)；通過分析物質(zhì)在不同條件下的系列拉曼光譜，來分析物質(zhì)相變過程，也可進行未知物質(zhì)的無損鑒定。拉曼光譜技術(shù)可廣泛應(yīng)用于化學(xué)、物理、醫(yī)藥、生命科學(xué)等領(lǐng)域。

二．拉曼光譜的基本原理

當(dāng)用單色光照射透明樣品是，大部分光透過而小部分會被樣品在各個方向上散射。這些光的散射又分為瑞利散射和拉曼散射兩種。

2.1瑞利散射和拉曼散射

若光子和樣品分子發(fā)生彈性碰撞，即光子和分子之間沒有能量交換，即光子的能量保持不變，散射光能量和入射光能量相同，但方向可以改變。這種光的彈性碰撞，叫做瑞利散射。當(dāng)光子和樣品分子發(fā)生非彈性碰撞時，散射光能量和入射光能量大小不同，光的頻率和方向都有所改變，這種光的散射成為拉曼散射。其散射光的強度約占總散射光強度的10-6～10-10。拉曼散射的產(chǎn)生原因是光子與分子之間發(fā)生了能量交換，改變了光子的能量。

2.2拉曼散射的產(chǎn)生

拉曼散射的產(chǎn)生可以從光子和樣品分子作用時光子發(fā)生能級躍遷來解釋。樣品分子處于電子能級和振動能級的基態(tài)，入射光子的能量遠大于振動能級躍遷所需要的能量，但又不足以將分子激發(fā)到電子能級激發(fā)態(tài)。樣品分子在吸收了光子后，被激發(fā)到較高的不穩(wěn)定的能態(tài)（虛態(tài)）。

DE=h(n0 - Dn)，產(chǎn)生stokes線，強，基態(tài)分子多；

DE=h(n0 + Dn)，產(chǎn)生anti-stokes線，弱，因為Stokes線強于Anti-stokes線，在一般拉曼光譜圖中只有Stokes線。

2.3拉曼位移

Stokes與Anti-stokes散射光的頻率與激發(fā)光之間頻率的差值ΔV稱為拉曼位移。一般stokes散射光比anti-stokes散射光強度大得多，故在拉曼光譜分析中通常測定stokes散射光線。對同一物質(zhì)，拉曼位移與入射光頻率無關(guān)，取決于分子振動能級的變化，不同的化學(xué)鍵或基態(tài)有不同的振動方式，決定了其能級間的能量變化，與之對應(yīng)的拉曼位移是特征的。這是拉曼光譜進行分子結(jié)構(gòu)定性分析的理論依據(jù)。

三、拉曼光譜儀

由散射光相對于入射光頻率位移與散射光強度形成的光譜稱為拉曼光譜（RS）。而拉曼光譜儀一般由光源、外光路、色散系統(tǒng)、及信息處理與顯示系統(tǒng)五部分組成。其儀器機構(gòu)如下圖所示：

四、拉曼光譜測定實驗技術(shù)

4.1樣品的準(zhǔn)備

檢測拉曼光譜時一般不需要制備樣品，特別是帶有顯微鏡的激光拉曼光譜儀。在檢測時，樣品是固體，只需要將樣品直接放在測樣品臺上進行測試。如果是液體樣品并且是易揮發(fā)的，可先將其倒入一個無色透明的玻璃瓶，蓋好瓶蓋，然后放在測樣品臺上進行檢測。如果液體樣品是不易揮發(fā)的，可將其倒入一個小的培養(yǎng)皿中，再放在測樣品臺上進行檢測。

4.2分子骨架、基團的定性分析技術(shù)

拉曼光譜研究對稱分子的非極性基團或分子骨架振動產(chǎn)生譜帶的情況。主要用來鑒別化學(xué)物質(zhì)的種類、特殊的結(jié)構(gòu)特征或特征基團，它與紅外吸收光譜互為補充。拉曼位移的大小、強度及拉曼峰形狀是鑒定化學(xué)鍵、官能團的重要依據(jù)。利用偏振特性，拉曼光譜還可以作為分子異構(gòu)體判斷的依據(jù)。

對于像S-S、C=C、N=N、C=S、C-C、C?C等這類基團，如果分子中這類基團的環(huán)境接近對稱，他的振動在紅外吸收光譜中極為微弱，但可用拉曼光譜檢測。另外，拉曼光譜是檢測環(huán)狀化合物的有力工具。利用拉曼光譜的標(biāo)準(zhǔn)譜圖或利用拉曼光譜標(biāo)準(zhǔn)譜庫的檢索功能，對未知物拉曼光譜圖進行比對，也是拉曼光譜定性分析的一個重要手段。

4.3表面分子結(jié)構(gòu)分析技術(shù)

當(dāng)一些分子被吸附在某些粗糙金屬表面時，它們的拉曼光譜強度會增加104~106倍，即表面增強拉曼散射效應(yīng)（SERS）。利用此技術(shù)，能檢測吸附在金屬表面的單分子層和亞單分子層的分子，給出表面分子的結(jié)構(gòu)信息。高靈敏度拉曼光譜檢測技術(shù)，也可用來研究分子的吸附動力學(xué)，利用SERS強度隨時間變化的關(guān)系，得到吸附速率常數(shù)等數(shù)據(jù)。

當(dāng)具有共振拉曼效應(yīng)的分子吸附在粗糙化的金屬表面時，其拉曼信號也能被增強到100~1000倍，即表面增強共振拉曼散射（SERRS）。SERRS常被用于受熒光干擾的化合物的拉曼檢測，當(dāng)該化合物分子吸附到粗糙化的金屬表面時，其熒光會被猝滅，很容易得到高質(zhì)量的SERRS光譜圖。

4.4深度掃描技術(shù)

利用拉曼光譜儀的數(shù)字化顯微共聚焦技術(shù)，可以檢測一些復(fù)合材料的深度分布和材料性質(zhì)。

4.5拉曼光譜儀的mapping檢測技術(shù)

利用拉曼光譜儀的自動操作平臺，可以檢測樣品表面物質(zhì)分布情況。檢測時先對被檢測樣品表面進行逐點掃描，選擇特征拉曼譜線，最后進行圖像處理。該技術(shù)可應(yīng)用于高分子材料的應(yīng)力檢測、催比劑表面的吸附情況等。制藥行業(yè)檢測某一藥片上的藥和輔藥的分布，鑒定藥物質(zhì)量，決定藥效。