更新时间：2024-05-21 15:08
拉曼光谱学，借助于观察被测样品拉曼散射的频率、强度、偏振等性质来研究分子结构和性质的学科。
拉曼光谱仪通常包括激光光源、样品室、色散系统和监测记录装置。主要用途是与红外光谱相互配合和补充，研究分子的振动、转动和高聚物的构象、构型，也可用于化学、生物、环境和材料等科学和生产领域，作为研究分子结构的重要工具。
瑞利散射和拉曼散射
用一束单色光照射到被测样品时，大部分散射光的频率等于入射光的频率，通常把这部分散射称为瑞利散射。其他频率不等于入射频率的散射称为拉曼散射，它的强度一般不到瑞利散射的千分之一。拉曼散射的频率与入射光频率的差称拉曼位移，通常也称拉曼光谱频率，它等于分子系统的转动能级、振动能级和电子能级之间的跃迁频率。频率低于入射光频率的拉曼散射称为斯托克斯–拉曼散射；频率高于入射光频率的拉曼散射称为反斯托克斯–拉曼散射，后者的强度更弱。由于拉曼散射信号弱，又常常遇到荧光的干扰，故常根据不同的研究对象选择不同的激光光源。常用的激光波长为514.5纳米（绿光）、488.0纳米（蓝光）。
近红外傅里叶变换拉曼光谱仪，利用连续Nd∶YAG（掺钕钇铝石榴石）激光器输出的1 064纳米的近红外激光，克服了荧光的干扰。此外，使用紫外激发方式的紫外激光，以及针对特定样品利用染料激光器来得到所需波长的激光，也是广泛采用的方法。
拉曼选择定则
在拉曼光谱上能观测到的与振动和转动相对应的谱带称为具有拉曼活性。拉曼活性产生规律的一些规则，称为拉曼选择定则。
振动拉曼选择定则的主要内容是：
①只有分子瞬时极化率在振动过程中变化的振动，才具有拉曼活性；②利用量子理论可知，只有一个振动量子数改变1的振动，才具有拉曼活性。
③由群论可知，散射波函数至少能和x2、y2、z2、xy、yz、zx之一同属于一个对称类的振动，才具有拉曼活性，拉曼选择定则与红外选择定则不同。一般说来，非极性分子的拉曼活性强，而极性分子的红外活性强，因此这两种光谱可以相互配合和补充。
拉曼光谱的偏振性质
气体和液体的拉曼谱带不仅有频率、强度、带型等特征，还有红外光谱所没有的退偏振比特征。常用的退偏振比有ρ⊥和ρ∥两种。入射光与散射光（通常与入射光垂直）确定的平面称为散射平面。电矢量平行于散射平面的散射强度与电矢量垂直于散射平面的散射强度之比为ρ⊥。电矢量平行于散射平面的入射光产生的总散射强度与电矢量垂直于散射平面的入射光产生的总散射强度之比为ρ∥。
正常拉曼散射中0≤ρ⊥≤3/4，0≤ρ∥≤6/7，退偏振比可用于研究谱带所对应的分子振动性质。只有全对称类的振动所对应的ρ⊥小于3/4(ρ∥小于6/7)，而其他类振动的ρ⊥等于3/4(ρ∥等于6/7)。但实际上这种关系是近似的。一般说来，振动对称性越高，退偏振比越小。
共振拉曼光谱
一般拉曼光谱使用的激光频率要远离样品的吸收频率。当光源频率等于样品某个吸收频率时，产生的拉曼光谱叫共振拉曼光谱。它有一些独特的性质，能有选择地增强某些拉曼谱带，甚至能观察到这些频率的高次倍频。共振拉曼光谱常用于生物化学和配位化学中，也可以用于某些物质的微量测定。
显微拉曼光谱
有可能得到空间分辨的振动信息，它与电子显微技术相比，无须抽真空；它与X–衍射方法相比，所得到的是微区的，而不是宏观平均的信息。显微拉曼光谱能同时得到样品的形貌和光谱信息的特点，使诸如矿物中夹杂物的定性和定量分析、矿物包裹体分析等应用领域得到了迅速的发展。还用显微拉曼光谱研究超导薄膜、陶瓷断裂表面的相变和应变。显微拉曼光谱将来有很大希望的应用领域是研究腐蚀机理和摩擦机理，鉴别过程或中间产物。
共焦拉曼光谱
显微拉曼光谱只解决了样品在水平方向（横向）于极小区域（2～10微米）提取样品光谱信息的问题，不能像俄歇电子能谱那样同时提取样品垂直方向（深度方向）的光谱信息。共焦拉曼光谱应用光学扫描共焦显微外光路和共焦大光路解决了上述问题，减少了光学和电子显微镜之间的“空档”，从而使拉曼光谱向三维方向发展，形成了独特的拉曼“切片”技术。共焦拉曼光谱新技术打开了在生物学和材料科学等方面的新的应用领域。