《拉曼光谱测量：开启分子世界的“科技之眼”》润色后：《拉曼光谱测量：分子奥秘的“探索之光”》

摘要：1928 年 3 月 31 日，《Nature》杂志首次报道了拉曼效应，钱德拉塞卡拉·万卡塔·拉曼也因此发现荣获 1930 年诺贝尔物理学奖。拉曼光谱技术的核心是通过探测分子的振动能量来确定分子结构。当光穿过不均匀介质时，会发生散射现象，即部分光偏离原传播方向

拉曼光谱技术的原理剖析

拉曼效应的发现与光谱原理

1928 年 3 月 31 日，《Nature》杂志首次报道了拉曼效应，钱德拉塞卡拉·万卡塔·拉曼也因此发现荣获 1930 年诺贝尔物理学奖。拉曼光谱技术的核心是通过探测分子的振动能量来确定分子结构。当光穿过不均匀介质时，会发生散射现象，即部分光偏离原传播方向，这些偏离的光被称为散射光。当激光光源的高强度入射光被分子散射时，多数散射光的波长与入射激光相同，这种由弹性碰撞产生的散射为瑞利散射；而当光子与分子内电子发生非弹性碰撞，部分能量传递给电子，导致散射光频率改变，这种散射即为拉曼散射，所产生的光谱就是拉曼光谱。

散射类型及拉曼光谱特性

红外光谱是分子吸收特定能量后跃迁到相应能级，而拉曼光谱是分子先吸收入射光子能量跃迁到较高能级，再跃迁回时停留在不同能级，但其能级差与红外光谱相同，都反映分子的振动结构。拉曼散射分为 STOKES 散射和 ANTI - STOKES 散射。STOKES 线是光子将部分能量给予样品分子，散射光能量减少，在低频处测得的散射光线；ANTI - STOKES 线是光子从样品中获得能量，散射光能量增大，在高频处测得的散射光线。

拉曼光谱作为一种散射光谱，具有弱光特性，通常每 10⁶ 个入射光子才产生 1 个拉曼散射，它代表了分子的振动能级模式。拉曼散射是非弹性碰撞，方向和能量都会改变；瑞利散射是弹性碰撞，仅改变方向，无能量交换。拉曼光谱的特点包括：是一种散射光谱，入射光子与分子作用时会使分子的振动或转动能级跃迁，属于弱光谱，代表分子振动能级，还具有指纹光谱的特性。

拉曼光谱的定性与定量分析

拉曼光谱定性分析的依据是，拉曼散射谱线的波数虽随入射光波数变化，但同一样品的同一拉曼谱线位移与入射光波长无关，只和样品的振动转动能级有关，不同物质的拉曼位移不同。拉曼位移即入射光与散射光的频率差值，常用波数表示。

在定量分析方面，在一定条件下，拉曼光谱的强度与物质浓度呈线性关系。其强度受多个因素影响，如光学系统收集到的样品表面拉曼信号强度、分子的拉曼散射截面积、待测物浓度、样品表面的激光入射功率、入射光和散射光的吸收系数、入射光和散射光通过的距离、光学系统的传输函数以及样品池的厚度等。

拉曼光谱图由多个拉曼峰组成，每个峰代表相应拉曼散射光的波长位移和强度，对应特定的分子键振动，包括单一化学键和基团振动。通过拉曼光谱可获取样品的化学结构、相和形态、结晶度及分子相互作用等信息。

拉曼光谱技术的行业应用

化学品鉴定与痕量级检测

拉曼光谱技术在化学品鉴定方面表现卓越，能够快速、精准地识别物质。其光谱特征可与已知资料库进行匹配，实现对化学品的即时鉴定和定量。国仪光子利用拉曼光谱技术，为化工企业提供了高效的化学品检测方案，保障了产品质量和生产安全。同时，结合 SERS 基片，拉曼光谱技术可放大微弱信号，实现对痕量样品的检测，如杀虫剂、麻醉剂、爆炸物和毒品等，在食品安全、缉毒、安检等领域发挥着关键作用。

多领域现场检测

拉曼测量具有多功能性，可在实验室或现场对固体、液体或粉末进行检测。在制药行业，拉曼光谱技术可用于药品质量控制和原辅料鉴定；在工业品控中，能对材料进行无损检测；在消防危化品检查、邮件/快递检查等场景，可快速识别危险物品；在艺术考古和珠宝鉴定领域，可分析文物和珠宝的成分和结构。便携式和手持式拉曼光谱仪的出现，使得现场检测更加便捷高效，国仪光子的相关产品在这些领域得到了广泛应用。