拉曼光谱能告诉您什么
拉曼光谱能告诉您什么
拉曼光谱技术是一种基于拉曼散射效应的光谱分析方法，能够提供物质的化学成分和结构信息。通过解读拉曼光谱，不仅可以识别物质种类，还能获取关于物质结构、应力状态等的详细信息。本文将为您详细介绍拉曼光谱的基本原理、信息获取方式以及物质识别应用。
通过解读拉曼光谱，您可以识别化学物质并获取结构信息。拉曼散射是激光与分子振动相互作用的结果。这种振动对化学成分和结构的变化具有高灵敏度，因此您可以识别分子环境的细微差别。一般而言，所有物质都会产生拉曼光谱，但纯金属除外。
什么是拉曼光谱？
我们以图形方式显示拉曼光谱测量结果，即拉曼光谱。y轴代表散射光的强度，x轴代表激光的能量（频率）。我们重点关注拉曼散射光的频率变化，因此我们绘制了与激光频率相对应的x轴频率。我们将x轴标记为拉曼频移（单位为cm-1）。
我可以通过拉曼光谱获得哪些信息？
简而言之，我们利用拉曼光谱的以下特征：
样品的所有拉曼谱带的拉曼频移和相对强度
我们可以利用拉曼光谱指纹来识别样品。改变方向或偏振时拉曼光谱的变化
拉曼谱带的强度和位置会随着样品的相对方向而变化。我们可以通过旋转激发激光和采集的拉曼散射光的偏振来证明这一点。利用偏振拉曼光谱，您可以揭示各向异性物质的对称性和方向。**单个谱带的变化
**谱带可能会偏移（位置）、变窄或变宽（宽度），或者发生强度（高度）变化。这些变化能分别揭示样品中的压缩/拉伸应力、结晶度的变化及物质总量等信息。光谱在样品上不同位置的变化
这将揭示物质的不均匀性。您可以在任意几个样品点分析，或系统地测量一个点阵列（能够对成分、应力、结晶度等进行拉曼成像）。
拉曼光谱由一系列谱带组成，每个谱带与一个振动模式相关联。每种物质的拉曼光谱都是唯一的，因此您能够通过光谱来识别物质。有些研究人员的目标是充分了解每个拉曼谱带及其与振动模式的关系。然而，大多数分析人员只是使用光谱数据库来识别样品。
拉曼光谱的主要特征
解读拉曼光谱
理解拉曼光谱的一种方法是将分子官能团视为不同的单元。对于具有规整晶格（相同的原子排列）的晶体，它的拉曼光谱很好解读，因为所有原子都在相同的配位中。例如，金刚石中的碳原子呈规则四面体网状排列。在这种情况下，我们通常可看到一条主导的拉曼谱带，因为该晶体只有一种分子环境。
相比之下，聚苯乙烯的拉曼光谱要复杂得多。因为它的分子对称性低，而且除碳原子之外还有氢原子。此外，还存在连接原子的各种键。
金刚石和聚苯乙烯的拉曼光谱。由于键型不同，聚苯乙烯的拉曼光谱比金刚石复杂得多。
化学键的特有振动频率
振动频率取决于相关原子的质量，以及它们之间的键的张力。重原子及弱键有较低的拉曼频移。轻原子及强键有较高的拉曼频移。
在聚苯乙烯光谱中，我们看到在约3000 cm-1处出现高频碳-氢 (C-H) 振动。在约800 cm-1处发生低频碳-碳 (C-C) 振动。C-H振动比C-C振动的频率高是因为氢比碳轻。
与之类似，我们可以看到被强双键 (C=C) 连接的两个碳原子在约1600 cm-1处发生振动。这个振动频率高于被较弱的单键 (C-C, 800 cm-1) 连接的两个碳原子。
您可以使用这些简单规律解释拉曼光谱的许多特征。
拉曼频移对相邻键敏感
如果仔细地观察拉曼光谱，您可以看到更细微的效应。例如，聚苯乙烯的C-H振动出现在大约2900 cm-1和3050 cm-1处的两个谱带中。前一种谱带的碳原子是脂肪族碳链的一部分，而后一种谱带的碳原子是芳香族碳环的一部分。
您可以把一个复杂分子的振动部分看作由许多简单的双原子振动组成。但是，您还应该考虑较大原子团的振动，以充分了解拉曼光谱。例如，聚苯乙烯的拉曼光谱在1000 cm-1处有一个谱带。这是由于聚苯乙烯中芳香碳环的伸/缩“呼吸模”。
低频拉曼谱带
您还可以研究低于100 cm-1的低频拉曼频移的分子振动和旋转模。这些拉曼谱带源自质量非常重的原子或规模非常大的振动，例如整个晶格振动。雷尼绍的拉曼仪器可用于研究这些模式。您可以研究各种物质和晶体，轻松辨别不同的晶形（多型体）和层状结构。
拉曼光谱如何识别物质？
一般情况下，我们可以使用软件搜索光谱数据库，利用未知物质的唯一拉曼光谱指纹进行识别。我们使用指纹区域的拉曼谱带（从300 cm-1至1900 cm-1）来识别分子。
理想情况下，您可以使用一个覆盖整个拉曼光谱范围的高光谱分辨率拉曼仪器。它具有更高的化学特异性。您可以识别、区分和研究更多种类的物质。
显示疑似伪造药片中某些化学物质种类的拉曼光谱。通过搜索雷尼绍的无机物质和矿物光谱库，我们将红色光谱识别为CaSO4。
