用單色光照射試樣時(shí)，大部分的光會(huì)按原來(lái)的方向透射，而一小部分則按不同的角度散射開，產(chǎn)生散射光。在垂直方向觀察時(shí)，除了產(chǎn)生與入射光相同頻率（彈性散射）的瑞利散射外，還對(duì)稱分布著與入射光頻率不同（非彈性散射）的拉曼譜線。由于拉曼譜線的數(shù)目、頻率大小、譜線長(zhǎng)度與試樣分子振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)，因此，研究拉曼光譜可以得到有關(guān)分子振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的信息。目前拉曼光譜分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)、相和形態(tài)、結(jié)晶度及分子相互作用的研究分析。

圖1 拉曼光譜原理

01 功能和應(yīng)用

拉曼光譜分析技術(shù)是以拉曼效應(yīng)為基礎(chǔ)建立起來(lái)的分子結(jié)構(gòu)表征技術(shù)，其信號(hào)來(lái)源有分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。拉曼光譜的分析方向有：

定性分析：不同的物質(zhì)具有不同的特征光譜，因此可以通過(guò)光譜進(jìn)行定性分析。

結(jié)構(gòu)分析：對(duì)光譜譜帶的分析，是進(jìn)行物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。

定量分析：根據(jù)物質(zhì)對(duì)光譜的吸光度的特點(diǎn)，可以對(duì)物質(zhì)的量有很好的分析能力。

圖2 拉曼光譜功能

?激發(fā)波長(zhǎng)的選擇

?拉曼Mapping

拉曼成像可以得到樣品組分的分布，顆粒大小；樣品中結(jié)晶度的改變，相變；污染物顆粒大小和形狀；不同相的邊界組分的相互作用和混合；樣品的應(yīng)力分布。

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圖3 雙顆粒石墨烯的拉曼成像圖和拉曼光譜圖(a.在石墨烯晶粒內(nèi)；b.在兩個(gè)石墨烯晶粒之間的晶界上；c.在單個(gè)晶粒內(nèi)的缺陷部位；d.在石墨烯的邊緣）

?表面增強(qiáng)拉曼

將待測(cè)分子吸附在納米金屬材料表面，可以大大增強(qiáng)拉曼散射強(qiáng)度，增強(qiáng)倍數(shù)取決于基底材料、形狀、尺寸、吸附量等；用于檢測(cè)低濃度以及單分子材料。

圖4 0.1mM的4-硝基噻吩添加和不添加金納米粒子的譜圖

?原位變溫拉曼

可測(cè)試溫度范圍-200~600 ℃；變溫拉曼可以得到隨溫度變化的樣品結(jié)構(gòu)信息以及反應(yīng)中間體的信息。

圖5 ZnO 陶瓷室溫拉曼譜圖(左)和103K、293K 、573K 的拉曼譜圖(右)

?原位電化學(xué)拉曼

原位電化學(xué)拉曼可用于電池、電催化和腐蝕等研究，如：充放電過(guò)程中電極材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相態(tài)轉(zhuǎn)變；電催化中間過(guò)程與反應(yīng)機(jī)理研究；電化學(xué)腐蝕產(chǎn)物實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

圖6 鎳鐵基LDH（二維層狀雙氫氧化物）在不同電位的析氧反應(yīng)過(guò)程中拉曼光譜對(duì)比及反應(yīng)

?偏振拉曼

偏振拉曼可以提供分子取向和化學(xué)鍵振動(dòng)對(duì)稱性的信息。

圖7 環(huán)己烷的拉曼光譜（532 nm）

02

樣品要求

①粉末樣品至少5 mg，且盡量保證均一、可壓制成片；

②液體樣品需10-15 mL，須注明毒性、腐蝕性和揮發(fā)性；

③塊體樣品需制備出一個(gè)較光滑的測(cè)試面（面積不小于1*1 mm）。

03

原始數(shù)據(jù)解析

?數(shù)據(jù)內(nèi)容

通常會(huì)提供TXT數(shù)據(jù)，用于作圖后再進(jìn)行分析。

?Origin處理拉曼數(shù)據(jù)

① 數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin作圖，根據(jù)需求進(jìn)行平滑（分析-信號(hào)處理-平滑）和基線校準(zhǔn)（分析-峰值及基線-峰值分析-減去基線-下一步-基線模式：用戶自定義-查找-下一步-下一步-減去-完成-用拉平基線后的數(shù)據(jù)作圖）；

② 峰擬合（分析-峰值及基線-多峰擬合：Gauss模型-雙擊峰頂端選擇峰-擬合）；

?LabSpec處理拉曼數(shù)據(jù)

① Labspec打開數(shù)據(jù)，平滑；

② 基線校準(zhǔn)；

③ 尋峰，函數(shù)一般選擇高斯洛倫茲（自動(dòng)尋峰后若有些峰沒有標(biāo)注或有些不需要，可以手動(dòng)添加或刪除）；

04

拉曼與紅外的區(qū)別

審核編輯：劉清