拉曼光谱（Raman spectra）是一种散射光谱分析方法，基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）发现的拉曼散射效应。通过分析与入射光频率不同的散射光谱，可以获取分子振动、转动等信息，用于分子结构研究。
1928年，印度科学家C.V.拉曼实验发现了拉曼散射现象，即光穿过透明介质后，被分子散射的光发生频率变化。同年稍后在苏联和法国也被观察到。 拉曼光谱包含了与入射光频率不同的 谱线 ，其中频率与入射光频率相同的成分称为瑞利散射，而频率对称分布在其两侧的谱线则称为拉曼光谱。瑞利散射线的强度只有入射光强度的10 -3 ，而拉曼光谱的强度只有瑞利线的10 -3 。拉曼光谱的理论解释是， 单射 光子与分子发生 非弹性散射 ，分子从低能态跃迁到高能态（斯托克斯线），或从高能态跃迁到低能态（反斯托克斯线），分子 能级 的跃迁涉及转动能级时发射小拉曼光谱，涉及振动-转动能级时发射大拉曼光谱。
拉曼光谱的应用范围广泛，涵盖 化学 、物理学、生物学和医学等领域，对于纯定性分析、高度定量分析和测定分子结构具有重要价值。激光器的问世，提供了优质高强度单色光，有力推动了拉曼散射的研究及其应用。
简介
拉曼散射的光谱。当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会按原来的方向透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。1928年C.V.拉曼实验发现，当光穿过透明介质被分子散射的光发生频率变化，这一现象称为拉曼散射，同年稍后在 苏联 和 法国 也被观察到。在透明介质的散射光谱中，频率与入射光频率υ0相同的成分称为瑞利散射；频率对称分布在υ0两侧的 谱线 或谱带υ0±υ1即为拉曼光谱，其中频率较小的成分υ0－υ1又称为斯托克斯线，频率较大的成分υ0＋υ1又称为反斯托克斯线。靠近瑞利散 射线 两侧的谱线称为小拉曼光谱；远离瑞利线的两侧出现的谱线称为大拉曼光谱。
瑞利散射线的强度只有入射光强度的10-3，拉曼光谱强度大约只有瑞利线的10-3。小拉曼光谱与分子的转动 能级 有关，大拉曼光谱与分子振动-转动能级有关。拉曼光谱的理论解释是，入射光子与分子发生非弹性散射，分子吸收频率为υ0的光子，发射υ0－υ1的光子（即吸收的能量大于释放的能量），同时分子从低能态跃迁到高能态（斯托克斯线）；分子释放频率为υ0的光子，发射υ0+υ1的光子（即释放的能量大于吸收的能量），同时分子从高能态跃迁到低能态（反斯托克斯线）。
分子能级的跃迁仅涉及转动能级，发射的是小拉曼光谱；涉及到振动-转动能级，发射的是大拉曼光谱。与分子红外光谱不同， 极性 分子和非极性分子都能产生拉曼光谱。激光器的问世，提供了优质高强度单色光，有力推动了拉曼散射的研究及其应用。拉曼光谱的应用范围遍及 化学 、物理学、生物学和医学等各个领域，对于纯定性分析、高度定量分析和测定分子结构都有很大价值。
含义
光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射. 弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分，非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分,统称为拉曼效应。拉曼效应是光子与光学支声子相互作用的结果。
原理
钱德拉塞卡拉·拉曼 效应起源于分子振动（和点阵振动）与转动，因此从喇曼光谱中可以得到分子振动 能级 (点阵振动能级)与转动能级结构的知识。用虚的上能级概念可以说明了喇曼效应：
设散射物分子原来处于基电子态，振动能级如图所示。当受到入射光照射时，激发光与此分子的作用引起的极化可以看作为虚的吸收，表述为电子跃迁到虚态（Virtual state），虚能级上的电子立即跃迁到下能级而发光，即为散射光。设仍回到初始的电子态，则有如图所示的三种情况。因而散射光中既有与入射光频率相同的 谱线 ，也有与入射光频率不同的谱线，前者称为瑞利线，后者称为拉曼线。在喇曼线中，又把频率小于入射光频率的谱线称为斯托克斯线，而把频率大于入射光频率的谱线称为反斯托克斯线。
附加频率值与振动 能级 有关的称作大拉曼位移，与同一振动能级内的转动能级有关的称作小拉曼位移：
大拉曼位移：（为振动能级带频率）
小拉曼位移：（其中B为转动 常数 ）
简单推导小拉曼位移：利用转动常数
谱线特征
拉曼散射 光谱具有以下明显的特征：
a.拉曼散射 谱线 的 波数 虽然随入射光的波数而不同，但对同一样品，同一拉曼谱线的位移与入射光的波长无关，只和样品的振动转动能级有关；
b. 在以波数为变量的拉曼光谱图上， 斯托克斯 线和反斯托克斯线对称地分布在瑞利散 射线 两侧, 这是由于在上述两种情况下分别相应于得到或失去了一个振动量子的能量。
c. 一般情况下， 斯托克斯线 比反斯托克斯线的强度大。这是由于 Boltzmann 分布，处于振动 基态 上的 粒子数 远大于处于振动 激发态 上的粒子数。
简单解释：按照 路德维希·玻尔兹曼 分布律，处于激发态的分子数与处于正常态分子数之比是：其中g为该状态下的简并度。
可以解释：温度升高，反斯托克斯线的强度迅速增大，斯托克斯线强度变化不大转动 能级 中，所以，由于较低和较高的转动态都有显著的布居，所以小拉曼位移两组 谱线 (反斯托克斯线，斯托克斯线)强度差不多。
光谱的实验分析
通过结构分析解释光谱：
分子为四面体结构，一个 碳 在中心，四个氯原子在四面体的四个顶点。当四面体绕其自身的一轴旋转一定角度，或记性反演(r—-r)、或旋转加反演之后，分子的几何构形不变的操作称为对称操作，其旋转轴成为对称轴。CCI4有13个对称轴，有案可查4个对称操作。我们知道，N个原子构成的分子有（3N—6）个内部振动自由度。因此分子可以有9个(3×5—6)自由度，或称为9个独立的简正振动。根据分子的对称性，这9种简正振动可归纳成下列四类：
第一类，只有一种振动方式，4个氯原子沿与C原子的联线方向作伸缩振动，记作v1，表示非简并振动。
第二类，有两种振动方式，相邻两对CI原子在与C原子联线方向上，或在该联线垂直方向上同时作反向运动，记作v2，表示二重简并振动。
第三类，有三种振动方式，4个CI与C原子作反向运动，记作v3，表示三重简并振动。
第四类，有三种振动方式，相邻的一对CI原子作伸张运动，另一对作压缩运动，记作v4，表示另一种三重简并振动。
上面所说的“简并”，是指在同一类振动中，虽然包含不同的振动方式但具有相同的能量，它们在拉曼光谱中对应同一条 谱线 。因此，分子振动拉曼光谱应有4个基本谱线，根据实验中测得各谱线的相对强度依次为v1>v2>v3>v4。苯的谱线也见附图，分析类似，这里不再赘述。
应用
分析物质性质
通过对拉曼光谱的分析可以知道物质的振动转动能级情况，从而可以鉴别物质，分析物质的性质。
天然 鸡血石 和仿造鸡血石的拉曼光谱有本质的区别：前者主要是 地开石 和 朱砂石 的拉曼光谱，后者主要是 有机化合物 的拉曼光谱，利用拉曼光谱可以区别二者。图中a是地（黑色），b是血（红色）。
天然鸡血石“地”的主要成分为地开石，天然鸡血石样品“血”既有辰砂又有地开石，实际上是辰砂与地开石的集合体。仿造鸡血石“地”的主要成分是 聚苯乙烯 丙烯腈 ，“血”与一种名为PermanentBordo的红色有机 染料 的拉曼光谱基本吻合。
鉴别毒品
常见毒品均有相当丰富的拉曼特征位移峰，且每个峰的信噪比较高，表明用拉曼光谱法对毒品进行成分分析方法可行，得到的谱图质量较高。由于激光拉曼光谱具有 微区分析 功能，即使毒品和其它白色粉末状物质混和在一起，也可以通过显微分析技术对其进行识别，得到毒品和其它白色粉末分别的拉曼光谱图。
利用拉曼光谱可以监测物质的制备。担载型 二硫化钼 、硫化钨催化剂是由相应的担载型金属氧化物在H2和 硫化氢 气氛下 程序升温 制得的，在工业上主要用作 加氢精制催化剂 。在这样的工业条件下，二维表面金属 氧化物 转变为二维或三维金属 硫化物 。与负载金属氧化物相比，负载金属硫化物的拉曼光谱研究相对较少，这是由于黑色的硫化物相对 可见光 的吸收较强，导致信号较弱。然而拉曼光谱能较易检测到小的金属硫化物微晶。
在380和450cm-1处出现两个归属为晶相和的谱峰，而担载型晶相硫化钼的谱峰比晶相硫化钼的谱峰宽得多。钴助剂的加入导致硫化钼的谱峰发生位移，强度减弱，这是由于相以及黑色的相的形成造成的。
监测水果表面残留农药
在处理好的水果表面撕取一小片果皮，在水果表面分别滴上一滴不同的农药，农药就会浸润到果皮上。用吸水纸擦拭果皮上的农药液体，然后把残留有农药的果皮压入铝片的小槽中，保证使残留农药的果皮表面呈现在铝片小槽的外面，然后把压出来的汁液用吸水纸擦拭干净。光谱如下:
不同种类的水果表面滴加植保博士后得到的拉曼谱（见左图）。很明显，除了水果原本的拉曼峰外，植保博士的特征峰为993ｃｍ-1、1348ｃｍ-1、1591ｃｍ-1都出现了由于实验中模拟农药喷洒的方式比实际喷洒时的农药量少得多，尽管如此，农药的残留仍然清晰地显示出来，这表明这一方法是灵敏而适用的。定量地分析农药残留可以从农药特征 谱线 和水果特征谱线的相对强度比获得。
拉曼光谱仪
拉曼光谱仪一般由以下五个部分构成。
1．光源
它的功能是提供单色性好、功率大并且最好能多波长工作的入射光。目前拉曼光谱实验的光源己全部用 激光器 代替历史上使用的 汞灯 。对常规的拉曼光谱实验，常见的气体激光器基本上可以满足实验的需要。在某些拉曼光谱实验中要求入射光的强度稳定，这就要求激光器的输出功率稳定。
2．外光路
外光路部分包括聚光、集光、样品架．滤光和 偏振 等部件。
(1) 聚光：用一块或二块 焦距 合适的会聚 透镜 ，使样品处于会聚激光束的腰部，以提高样品光的辐照功率，可使样品在单位面积上辐照功率比不用透镜会聚前增强105倍。
(2) 集光：常用透镜组或反射凹面镜作散射光的收集镜。通常是由相对孔径数值在1左右的透镜组成。为了更多地收集散射光，对某些实验样品可在集光镜对面和照明光传播方向上加反射镜。
(3) 样品架：样品架的设计要保证使照明最有效和杂散光最少，尤其要避免 单射 激光 进入 光谱仪 的入射狭缝。为此，对于透明样品，最佳的样品布置方案是使样品被照明部分呈光谱仪入射狭缝形状的长圆柱体，并使收集光方向垂直于入射光的传播方向。几种典型样品架的空间配置参见右图。
(4) 滤光：安置滤光部件的主要目的是为了抑制杂散光以提高 拉曼散射 的 信噪比 。在样品前面，典型的滤光部件是前置单色器或干涉滤光片，它们可以滤去光源中非激光频率的大部分光能。小孔光栏对滤去 激光器 产生的 等离子 线有很好的作用。在样品后面，用合适的干涉 滤光片 或吸收盒可以滤去不需要的瑞利线的一大部分能量，提高拉曼散射的相对强度。
(5) 偏振 ：做偏振谱测量时，必须在外光路中插入偏振元件。加入偏振旋转器可以改变入射光的偏振方向；在 光谱仪 单射 狭缝前加入 检偏器 ，可以改变进入光谱仪的散射光的偏振；在检偏器后设置偏振扰乱器，可以消除光谱仪的退偏干扰。
3．色散系统
色散系统使拉曼散射光按波长在空间分开，通常使用 单色仪 。由于 拉曼散射 强度很弱，因而要求拉曼光谱仪有很好的杂散光水平。各种光学部件的缺陷，尤其是 光栅 的缺陷，是仪器杂散光的主要来源。当仪器的杂散光本领小于10-4时，只能作气体、透明液体和透明 晶体 的拉曼光谱。
4．接收系统
拉曼散射信号的接收类型分单通道和多通道接收两种。 光电倍增管 接收就是单通道接收。
5．信息处理与显示
为了提取拉曼散射信息，常用的 电子学 处理方法是直流放大、选频和 光子 计数 ，然后用记录仪或 计算机 接口软件画出图谱。
优势与不足
提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性 定量分析 ，它无需样品准备，样品可直接通过 光纤 探头 或者通过玻璃、 石英 、和光纤测量。
1 由于水的 拉曼散射 很微弱，拉曼光谱是研究 水溶液 中的生物样品和 化学 化合物的理想工具。
2 拉曼一次可以同时覆盖50-4000 波数 的区间，可对 有机化合物 及 无机化合物 进行分析。相反，若让红外光谱覆盖相同的区间则必须改变 光栅 、光束 分离器 、 滤波器 和检测器
3 拉曼光谱谱峰清晰尖锐，更适合 定量研究 、数据库搜索、以及运用差异分析进行定性研究。在化学 结构分析 中，独立的拉曼区间的强度可以和功能集团的数量相关。
4 因为激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米，常规拉曼光谱只需要少量的样品就可以得到。这是拉曼光谱相对常规红外光谱一个很大的优势。而且，拉曼显微镜 物镜 可将激光束进一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面积的样品。
5 共振 拉曼效应 可以用来有选择性地增强大 生物分子 特个发色 基团 的振动，这些发色基团的拉曼光强能被选择性地增强1000到10000倍。
拉曼光谱用于分析的不足
(1)拉曼散射面积
(2)不同振动峰 重叠 和拉曼散射强度容易受光学系统参数等因素的影响
(4)在进行傅立叶变换光谱分析时，常出现曲线的非线性的问题
(5)任何一物质的引入都会对被测体体系带来某种程度的污染，这等于引入了一些误差的可能性，会对分析的结果产生一定的影响
相关技术
1、 电化学 原位拉曼光谱法
电化学原位拉曼光谱法，是利用物质分子对入射光所产生的频率发生较大变化的散射现象, 将单色入射光(包括圆 偏振 光和线偏振光) 激发受 电极 电势 调制的电极表面, 通过测定散射回来的拉曼光谱信号(频率、强度和偏振性能的变化)与电极电位或 电流 等的变化关系。一般物质分子的拉曼光谱很微弱, 为了获得增强的信号, 可采用电极表面粗化的办法, 可以得到强度高104-107倍的表面增强 拉曼散射 (Surface Enahanced Raman Scattering, SERS) 光谱, 当具有 共振 拉曼效应的分子 吸附 在粗化的电极表面时, 得到的是表面增强共振拉曼散射(SERRS)光谱, 其强度又能增强102-103。
电化学 原位拉曼光谱法的测量装置主要包括拉曼光谱仪和原位电化学拉曼池两个部分。拉曼光谱仪由 激光 源、收集系统、分光系统和检测系统构成, 光源一般采用能量集中、功率密度高的激光, 收集系统由 透镜 组构成, 分光系统采用 光栅 或陷波 滤光片 结合光栅以滤除 瑞利散射 和杂散光以及分光检测系统采用 光电倍增管 检测器、半导体阵检测器或多通道的电荷藕合器件。原位电化学拉曼池一般具有工作电极、辅助电极和 参比电极 以及通气装置。为了避免腐蚀性溶液和气体侵蚀仪器, 拉曼池必须配备光学窗口的密封体系。在实验条件允许的情况下, 为了尽量避免溶液信号的干扰, 应采用薄层溶液( 电极 与窗口间距为0.1～1mm) , 这对于显微拉曼系统很重要, 光学窗片或溶液层太厚会导致显微系统的光路改变, 使表面拉曼信号的收集效率降低。电极表面粗化的最常用方法是 电化学 氧化- 还原循环(Oxidation- Reduction Cycle,ORC)法, 一般可进行原位或非原位ORC处理。
目前采用电化学原位拉曼光谱法测定的研究进展主要有: 一是通过表面增强处理把测检体系拓宽到过渡金属和半导体电极。虽然电化学原位拉曼光谱是现场检测较灵敏的方法, 但仅能有银、铜、金三种 电极 在 可见光 区能给出较强的SERS。许多学者试图在具有重要应用背景的过渡金属电极和半导体电极上实现表面增强 拉曼散射 。二是通过分析研究电极表面 吸附 物种的结构、取向及对象的SERS 光谱与 电化学 参数的关系，对电化学吸附现象作分子水平上的描述。三是通过改变调制 电势 的频率, 可以得到在两个电位下变化的“时间分辨谱”, 以分析体系的SERS 谱峰与电位的关系, 解决了由于电极表面的SERS 活性位随电位而变化而带来的问题。
2、 激光拉曼光谱法 是以拉曼散射做为理论基础的一种 光谱分析 方法
激光拉曼光谱法的原理是拉曼散射效应。
拉曼散射 ：当激发光的 光子 与作为散射中心的分子相互作用时，大部分光子只是发生改变方向的散射，而光的频率并没有改变，大约有占总散射光的10-10-10-6的散射，不公改变了传播方向，也改变了频率。这种频率变化了的散射就称为拉曼散射。
对于拉曼散射来说，分子由 基态 E0被激发至振动 激发态 E1，光子失去的能量与分子得到的能量 相等 为△E反映了指定 能级 的变化。因此，与之相对应的光子频率也是具有特征性的，根据光子频率变化就可以判断出分子中所含有的 化学键 或 基团 。
这就是拉曼光谱可以作为 分子结构 的分析工具的理论工具。
3、其他比较重要的拉曼光谱分析技术
1、单道检测的拉曼 光谱分析 技术。
2、以CCD为代表的多通道探测器用于拉曼光谱的检测仪的分析技术。
3、采用 傅里叶变换 技术的FT-Raman光谱分析技术。
4、 共振 拉曼光谱分析技术。
5、表面增强 拉曼效应 分析技术。