拉曼光谱和红外光谱本质上是相似的技术，可以用来推断相同类型的信息。这两种光谱技术都可以用来提供有关分子振动模式的信息，但两种仪器的操作方式存在关键差异。

在本文中，我们将研究这两种技术、它们的工作原理以及它们之间的区别。

拉曼光谱

拉曼光谱是一种振动光谱，用于识别分子的振动、旋转和其他低频模式。

这些模式可以用来确定分子的化学结构。然而，大多数实验都关注振动模式。拉曼光谱已被证明是无机化学家和材料科学家分析富氧固态分子的非常有用的工具。

此外，拉曼光谱还可用于识别多晶型物、追踪分子结构和结晶度的变化、评估分子上的残余应力以及识别分子的方向。

拉曼效应

拉曼光谱依赖于光的一种非弹性散射，称为拉曼散射。大多数散射是弹性散射，即检测到的光子与入射光子具有相同的能量和波长。然而，非弹性散射是指光以与入射光子不同的频率散射。这被称为拉曼效应。

拉曼效应发生在入射光子与被分析分子的电偶极子相互作用时。这会引起分子电场的扰动，并激发到能量低于真实电子跃迁态的虚能态。随后，分子返回基态，振动能量发生变化。

拉曼散射机制有两种：斯托克斯散射和反斯托克斯散射，但前者通常是最常见的机制。这是因为大多数实验都是在接近室温的温度下进行的，此时反斯托克斯散射比斯托克斯散射弱。

拉曼光谱示例，显示分子官能团的典型拉曼位移。本例中研究的分子是对乙酰氨基酚（扑热息痛）。来源：维基百科

使用拉曼光谱仪

光源（通常为激光器）发射出一束光，经透镜收集后，通过单色仪分离出单一波长的光。当光照射到样品上时，使用滤光片收集符合瑞利散射原理的波长（与激光器光源波长相同的弹性散射光）。剩余的光由电荷耦合器件 (CCD) 探测器收集，然后分析拉曼光谱。

拉曼光谱还有许多先进形式，包括表面增强拉曼、共振拉曼、尖端增强拉曼、偏振拉曼、受激拉曼透射拉曼、空间偏移拉曼和超拉曼光谱。

红外光谱

红外 (IR) 光谱测量样品与吸收光之间的相互作用。与拉曼光谱不同，红外光谱关注的是检测分子中共价键的拉伸和振动模式，特别是分子中存在的某些功能基团。

它最常用于分析有机分子，尽管一些无机分子也可以分析。红外光谱通常不用于确定分子的整体结构，因为对于不同的（有时数量巨大的）CC和CH键，红外峰的噪声太大。

共价分子的拉伸方式有很多种。其中包括对称拉伸，即分子可以在空间中移动；以及非对称拉伸，即观察到键长的减少或增加。此外，分子还表现出对称拉伸、反对称拉伸、剪式振动、摇摆振动、摆动振动和扭转振动等振动模式。

振动发生的确切频率由分子中键的强度决定，不同的官能团具有已知的特定吸收范围（因此很容易从光谱中推断出某些基团）。

红外光谱示例，显示不同分子官能团的典型吸收。来源：Chem Libre

使用红外光谱仪

要使用红外光谱仪，样品必须经过多种样品制备方法中的一种。制备方法的类型取决于被分析的材料。液体样品放置在两块透明盐板之间，因为盐板对红外光透明，可以包裹液体。固体样品用途更广泛，可以通过多种方式制备，包括研磨成KBr片，溶于适当的溶剂中，然后薄薄地涂在盐板上。

样品制备是使用红外光谱仪最耗时的部分。样品准备好后，需要进行两次测量。第一次测量是参考样品，以消除任何可能影响结果的背景噪音；第二次测量是样品本身。有时参考样品可以是空气，有时也可以是溶解化合物的溶剂。

红外光源穿过单色仪，照射到样品上。当光被样品吸收/反射后，红外探测器会检测剩余波长的光。然后，根据每个频率吸收的能量，就可以确定分子中的官能团。

拉曼光谱和红外光谱的主要区别

两种技术的主要区别在于，通过分子振动来确定分子结构。拉曼光谱依赖于分子在振动过程中极化率会发生变化（即电子云必须发生位置变化），而红外光谱则依赖于分子在振动过程中偶极矩会发生变化（即非对称分子）。简而言之，拉曼光谱和红外光谱的区别在于光的散射和吸收。

另一个区别在于技术本身，尤其是所使用的单色波类型。拉曼光谱使用电磁波谱中可见光、近红外或近紫外范围内的单色光束。相比之下，红外线仅使用电磁波谱中红外区域的光束。

拉曼光谱的优势

虽然两者相似，但拉曼光谱比红外线有一些优势，尽管成本较高。

拉曼光谱用途更广泛，可用于识别气体，水也可用作溶剂（由于红外光谱对光的吸收率较高，因此无法实现），从而可以分析水溶液。此外，拉曼光谱中的样品不需要太多准备，而红外光谱分析样品前则需要进行大量的准备工作。

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