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拉曼光譜是一種無損的分析技術(shù)，它是基于光和材料內(nèi)化學(xué)鍵的相互作用而產(chǎn)生的。拉曼光譜分析法是基于印度科學(xué)家C.V.拉曼（Raman）所發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應(yīng)，對與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析以得到分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)方面信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。拉曼光譜，是一種散射光譜。
散射是指電磁波與物質(zhì)發(fā)生相互作用后部分光子偏離原來的入射方向而分散傳播的現(xiàn)象。物質(zhì)中與入射的電磁波相互作用而致其散射的基本基元稱為散射基元。散射基元是實(shí)物粒子，可能是分子、原子中的電子等。散射波取決于物質(zhì)結(jié)構(gòu)及入射波的波長大小等因素。這種現(xiàn)象于1928年由印度科學(xué)家拉曼所發(fā)現(xiàn)，因此這種產(chǎn)生新波長的光的散射被稱為拉曼散射，所產(chǎn)生的光譜被稱為拉曼光譜或拉曼散射光譜。
拉曼效應(yīng)起源于分子振動(dòng)(和點(diǎn)陣振動(dòng))與轉(zhuǎn)動(dòng)，因此從拉曼光譜中可以得到分子振動(dòng)能級(點(diǎn)陣振動(dòng)能級)與轉(zhuǎn)動(dòng)能級結(jié)構(gòu)的知識。用虛的上能級概念可以說明了拉曼效應(yīng):
設(shè)散射物分子原來處于基電子態(tài)，振動(dòng)能級如圖所示。當(dāng)受到入射光照射時(shí)，激發(fā)光與此分子的作用引起的極化可以看作為虛的吸收，表述為電子躍遷到虛態(tài)（Virtual state），虛能級上的電子立即躍遷到下能級而發(fā)光，即為散射光。設(shè)仍回到初始的電子態(tài)，則有如圖所示的三種情況。因而散射光中既有與入射光頻率相同的譜線，也有與入射光頻率不同的譜線，前者稱為瑞利線，后者稱為拉曼線。在拉曼線中，又把頻率小于入射光頻率的譜線稱為斯托克斯線，而把頻率大于入射光頻率的譜線稱為反斯托克斯線。
附加頻率值與振動(dòng)能級有關(guān)的稱作大拉曼位移，與同一振動(dòng)能級內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)能級有關(guān)的稱作小拉曼位移：
大拉曼位移：(為振動(dòng)能級帶頻率)
小拉曼位移：(其中B為轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù))
簡單推導(dǎo)小拉曼位移：利用轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù)
拉曼光譜對于分子鍵合以及樣品的結(jié)構(gòu)非常敏感，因而每種分子或樣品都會(huì)有其特有的光譜“指紋”。這些“指紋”可以用來進(jìn)行化學(xué)鑒別、形態(tài)與相、內(nèi)壓力/應(yīng)力以及組成成份等方面的研究和分析。
當(dāng)與拉曼成像系統(tǒng)相結(jié)合時(shí)，可以基于樣品的多條拉曼光譜來生成拉曼成像。這些成像可以用于展示不同化學(xué)成分、相與形態(tài)以及結(jié)晶度的分布。例如下圖所示是一粒藥片的拉曼光譜成像，下圖中可以看出阿司匹林（紅色）、咖啡因（綠色）和撲熱息痛（藍(lán)色）成分在藥片中的分布情況。
拉曼散射光譜具有以下明顯的特征
a、在以波數(shù)為變量的拉曼光譜圖上，斯托克斯線和反斯托克斯線對稱地分布在瑞利散射線兩側(cè), 這是由于在上述兩種情況下分別相應(yīng)于得到或失去了一個(gè)振動(dòng)量子的能量。
b、拉曼散射譜線的波數(shù)雖然隨入射光的波數(shù)而不同，但對同一樣品，同一拉曼譜線的位移與入射光的波長無關(guān),只和樣品的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級有關(guān)；
c、一般情況下，斯托克斯線比反斯托克斯線的強(qiáng)度大。這是由于Boltzmann分布，處于振動(dòng)基態(tài)上的粒子數(shù)遠(yuǎn)大于處于振動(dòng)激發(fā)態(tài)上的粒子數(shù)。
1、拉曼光譜可以用來檢測分析很多不同類型的樣品，通常包括以下種類：
固體、粉末、液體、膠體、軟膏、氣體；
無機(jī)材料、有機(jī)材料、生物材料；
純物質(zhì)、混和物、溶液；
2、一般來說，拉曼不適合分析檢測以下樣品：
金屬及其合金。
3、目前拉曼光譜應(yīng)用的典型例子有：
生命科學(xué)--單個(gè)細(xì)胞或組織表征，藥物、疾病診斷；
藥學(xué)--藥物成分均勻性和組分分布；
化學(xué)--結(jié)構(gòu)、純度、反應(yīng)監(jiān)控；
地質(zhì)學(xué)--礦物鑒別和分布、包裹體、相變；
藝術(shù)品和考古——顏料、陶瓷以及寶石的表征與鑒定；
碳材料——碳納米管的結(jié)構(gòu)與純度、缺陷/無序度表征；
半導(dǎo)體——純度、摻入成分、應(yīng)力。
通過的結(jié)構(gòu)分析解釋光譜：
分子為四面體結(jié)構(gòu)，一個(gè)碳原子在中心，四個(gè)氯原子在四面體的四個(gè)頂點(diǎn)。當(dāng)四面體繞其自身的一軸旋轉(zhuǎn)一定角度，或記性反演(r—-r)、或旋轉(zhuǎn)加反演之后，分子的幾何構(gòu)形不變的操作稱為對稱操作，其旋轉(zhuǎn)軸成為對稱軸。CCI4有13個(gè)對稱軸，有案可查4個(gè)對稱操作。我們知道，N個(gè)原子構(gòu)成的分子有（3N—6）個(gè)內(nèi)部振動(dòng)自由度。因此分子可以有9個(gè)(3×5—6)自由度，或稱為9個(gè)獨(dú)立的簡正振動(dòng)。根據(jù)分子的對稱性，這9種簡正振動(dòng)可歸納成下列四類：
第一類，只有一種振動(dòng)方式，4個(gè)氯原子沿與C原子的聯(lián)線方向作伸縮振動(dòng)，記作v1，表示非簡并振動(dòng)。
第二類，有兩種振動(dòng)方式，相鄰兩對CI原子在與C原子聯(lián)線方向上，或在該聯(lián)線垂直方向上同時(shí)作反向運(yùn)動(dòng)，記作v2，表示二重簡并振動(dòng)。
第三類，有三種振動(dòng)方式，4個(gè)CI與C原子作反向運(yùn)動(dòng)，記作v3，表示三重簡并振動(dòng)。
第四類，有三種振動(dòng)方式，相鄰的一對CI原子作伸張運(yùn)動(dòng)，另一對作壓縮運(yùn)動(dòng)，記作v4，表示另一種三重簡并振動(dòng)。
上面所說的“簡并”，是指在同一類振動(dòng)中，雖然包含不同的振動(dòng)方式但具有相同的能量，它們在拉曼光譜中對應(yīng)同一條譜線。因此，分子振動(dòng)拉曼光譜應(yīng)有4個(gè)基本譜線，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測得各譜線的相對強(qiáng)度依次為v1 v2 v3 v4。苯的譜線也見附圖,分析類似,這里不再贅述。
