拉曼光譜能告訴您什麼

拉曼光譜可以告訴我們分子或晶體的振動模式。 我們可以使用拉曼光譜進行化學和結構表徵。
通過解讀拉曼光譜，您可以識別化學物質並獲取結構資訊。 拉曼散射是雷射與分子振動相互作用的結果。 這種振動對化學成分和結構的變化具有高靈敏度，囙此您可以識別分子環境的細微差別。 一般而言，所有物質都會產生拉曼光譜，但純金屬除外。
什麼是拉曼光譜？
我們以圖形管道顯示拉曼光譜量測結果，即拉曼光譜。 y軸代表散射光的强度，x軸代表雷射的能量（頻率）。 我們重點關注拉曼散射光的頻率變化，囙此我們繪製了與雷射頻率相對應的x軸頻率。 我們將x軸標記為拉曼頻移（組織為cm-1）。
我可以通過拉曼光譜獲得哪些資訊？

簡而言之，我們利用拉曼光譜的以下特徵：
樣品的所有拉曼譜帶的拉曼頻移和相對强度

我們可以利用拉曼光譜指紋來識別樣品。

改變方向或偏振時拉曼光譜的變化

拉曼譜帶的强度和位置會隨著樣品的相對方向而變化。 我們可以通過旋轉激發雷射和採集的拉曼散射光的偏振來證明這一點。 利用偏振拉曼光譜，您可以揭示各向異性物質的對稱性和方向。
單個譜帶的變化
譜帶可能會偏移（位置）、變窄或變寬（寬度），或者發生强度（高度）變化。 這些變化能分別揭示樣品中的壓縮/拉伸應力、結晶度的變化及物質總量等資訊。
光譜在樣品上不同位置的變化
這將揭示物質的不均勻性。 您可以在任意幾個樣品點分析，或系統地量測一個點陣列（能够對成分、應力、結晶度等進行拉曼成像）。

拉曼光譜由一系列譜帶組成，每個譜帶與一個振動模式相關聯。 每種物質的拉曼光譜都是唯一的，囙此您能够通過光譜來識別物質。 有些研究人員的目標是充分瞭解每個拉曼譜帶及其與振動模式的關係。 然而，大多數分析人員只是使用光譜資料庫來識別樣品。

拉曼光譜的主要特徵

解讀拉曼光譜

理解拉曼光譜的一種方法是將分子官能團視為不同的單元。 對於具有規整晶格（相同的原子排列）的晶體，它的拉曼光譜很好解讀，因為所有原子都在相同的配比特中。 例如，金剛石中的碳原子呈規則四面體網狀排列。 在這種情況下，我們通常可看到一條主導的拉曼譜帶，因為該晶體只有一種分子環境。


相比之下，聚苯乙烯的拉曼光譜要複雜得多。 因為它的分子對稱性低，而且除碳原子之外還有氫原子。 此外，還存在連接原子的各種鍵。


金剛石（只有單譜帶）和聚苯乙烯（多譜帶）的拉曼光譜


金剛石和聚苯乙烯的拉曼光譜。 由於鍵型不同，聚苯乙烯的拉曼光譜比金剛石複雜得多。

化學鍵的特有振動頻率

振動頻率取決於相關原子的質量，以及它們之間的鍵的張力。 重原子及弱鍵有較低的拉曼頻移。 輕原子及强鍵有較高的拉曼頻移。

在聚苯乙烯光譜中，我們看到在約3000 cm-1處出現高頻碳-氫（C-H）振動。 在約800 cm-1處發生低頻碳-碳（C-C）振動。 C-H振動比C-C振動的頻率高是因為氫比碳輕。
與之類似，我們可以看到被强雙鍵（C=C）連接的兩個碳原子在約1600 cm-1處發生振動。 這個振動頻率高於被較弱的單鍵（C-C，800 cm-1）連接的兩個碳原子。

您可以使用這些簡單規律解釋拉曼光譜的許多特徵。

拉曼頻移對相鄰鍵敏感

如果仔細地觀察拉曼光譜，您可以看到更細微的效應。 例如，聚苯乙烯的C-H振動出現在大約2900 cm-1和3050 cm-1處的兩個譜帶中。 前一種譜帶的碳原子是脂肪族碳鏈的一部分，而後一種譜帶的碳原子是芳香族碳環的一部分。


您可以把一個複雜分子的振動部分看作由許多簡單的雙原子振動組成。 但是，您還應該考慮較大原子團的振動，以充分瞭解拉曼光譜。 例如，聚苯乙烯的拉曼光譜在1000 cm-1處有一個譜帶。 這是由於聚苯乙烯中芳香碳環的伸/縮“呼吸模

低頻拉曼譜帶

您還可以研究低於100 cm-1的低頻拉曼頻移的分子振動和旋轉模。 這些拉曼譜帶源自質量非常重的原子或規模非常大的振動，例如整個晶格振動。 雷尼紹的拉曼儀器可用於研究這些模式。 您可以研究各種物質和晶體，輕鬆辨別不同的晶形（多型體）和層狀結構。

拉曼光譜如何識別物質？

一般情况下，我們可以使用軟體搜索光譜資料庫，利用未知物質的唯一拉曼光譜指紋進行識別。 我們使用指紋區域的拉曼譜帶（從300 cm-1至1900 cm-1）來識別分子。

理想情况下，您可以使用一個覆蓋整個拉曼光譜範圍的高光譜分辯率拉曼儀器。 它具有更高的化學特异性。 您可以識別、區分和研究更多種類的物質。

顯示疑似偽造勃起障礙藥片中某些物質種類的拉曼光譜。 顯示疑似偽造藥片中某些化學物質種類的拉曼光譜。 通過蒐索雷尼紹的無機物質和礦物光譜庫，我們將紅色光譜識別為CaSO4。