一、含義

    光照射到物質上會產生的散射現象(Scattering)，這些散射光依照頻率的不同，一般可分為彈性散射和非彈性散射。激發光與物質作彈性散射時產生與原激發光相同的波長的光，稱作為瑞利散射(Rayleigh Scattering)；而激發光與物質作非彈性散射時產生散射光波長會不同於激發光源，此類散射光中還有比激發光波長長和比激發光波長短的不同散射光，又稱為拉曼散射(Raman Scattering )。

    當有一單色光線入射到氣體、液體或透明樣品時，大部分的光會按原方向透射，而一小部分則會按不同的角度散射開來，產生散射光。在垂直方向觀察時，除了與原入射光有相同頻率的瑞利散射外，還有一系列對稱分佈的若干條微弱且與入射光頻率發生位移的拉曼譜線，這種現象稱為拉曼效應。 由於拉曼譜線的數目、位移的大小、譜線的長度直接與物質內部分子振動或轉動能級有關，因此可藉由拉曼光譜推測物質內分子振動或轉動的資訊。目前拉曼光譜分析技術已廣泛應用於物質辨識，分子結構的研究譜線特徵。


 

二、拉曼散射光譜具有以下明顯的特徵：

1. 拉曼散射譜線的波數雖然隨入射光的波數而不同，但對同一樣品，同一拉曼譜線的位移與入射光的波長無關，只和樣品的振動轉動能級有關。
2. 在以波數為變數的拉曼光譜圖上，斯托克斯線和反斯托克斯線呈對稱分佈在瑞利散射線兩側, 這是由於在上述兩種情況下分別相應於得到或失去了一個振動量子的能量。
3. 一般情況下，斯托克斯線比反斯托克斯線的強度大。這是由於Boltzmann分佈，處於振動基態上的粒子數遠大於處於振動激發態上的粒子數。

三、拉曼光譜技術的優越性

提供快速、簡單、可重複、且更重要的是無損傷的定性定量分析，樣品可直接通過光纖探頭或者通過玻璃、石英和光纖測量。

1. 由於水的拉曼散射很微弱，拉曼光譜是研究水溶液中的生物樣品和化學化合物的理想工具。
2. 拉曼一次可以同時覆蓋50-4000波數的區間，可對有機物及無機物進行分析。相反，若讓紅外光譜覆蓋相同的區間則必須改變光柵、光束分離器、濾波器和檢測器。
3. 拉曼光譜譜峰清晰尖銳，更適合定量研究、資料庫搜索、以及運用差異分析進行定性研究。
4. 因為雷射光束的直徑在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米，常規拉曼光譜只需要少量的樣品就可以得到。這是拉曼光譜相對常規紅外光譜一個很大的優勢。而且，拉曼顯微鏡物鏡可將雷射光束進一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面積的樣品。

四、雷射光源的拉曼光譜特點

    應用雷射光源的拉曼光譜法，應用雷射具有單色性好、方向性強、亮度高、一致性等特性，與表面增強拉曼效應相結合，便產生了表面增強拉曼光譜。與常規拉曼光譜項比，靈敏度可提高104~107倍，加之活性載體表面選擇吸附分子對螢光發射的抑制，使分析的訊號比大大提高。目前已應用於生物、藥物及環境分析中微量物質的檢測。

    共振拉曼光譜是建立在共振拉曼效應基礎上的另一種雷射拉曼光譜法。共振拉曼效應產生於激發光頻率與待測分子的某個電子吸收峰接近或重合時，這一分子的某個或幾個特徵拉曼譜帶強度可達到正常拉曼譜帶的104~106倍，有利於低濃度和微量樣品的檢測。目前已用於無機、有機、生物大分子、離子乃至活體組成的測定和研究。雷射拉曼光譜與傅立葉轉換紅外光譜相配合，已成為分子結構研究的主要方式。
 

共振拉曼光譜的特點：

• 基頻的強度可以達到瑞利線的強度。
• 倍頻和合頻的強度有時大於或等於基頻的強度。
• 可透過改變激發頻率，使之僅與樣品中某一物質發生共振，進而達到某一物質的專一研究。
• 和普通拉曼相比，其散射時間短，一般為10-12~10-5S。

共振拉曼光譜的缺點：

• 需要連續可調的雷射器，以滿足不同樣品在不同區域的吸收。

五、拉曼光譜的應用方向

 拉曼光譜分析技術是以拉曼效應為基礎所建立的分子結構表徵技術。拉曼光譜的分析方向有：

1. 定性分析：不同的物質具有不同的特徵光譜，因此可以通過光譜進行定性分析。
2. 結構分析：對光譜譜帶的分析，又是進行物質結構分析的基礎。
3. 定量分析：根據物質對光譜吸光度的特點，可以對物質的量有很好的分析能力。