科普 | 拉曼光谱：看见分子的“指纹”
拉曼光谱
当一束光与物质相遇
看似平静的表面之下
其实正在上演一场精妙的“能量对话”
科学家们通过捕捉这些微观世界的“密语”
创造出无需接触、快速解析物质结构的
“解码器”——拉曼光谱仪
01
光与物质的“对话”机制
当激光照射到样品时，光子与分子之间会发生三种关键作用（如下图所示）：
1.瑞利散射（弹性散射）
绝大部分的光子像“原声唱片”般忠实地保持原有频率，即散射光子的频率和入射光相同（V=Vo），能量分毫不差。这类散射构成了光谱中最强的信号，但无法提供分子结构信息。
2.斯托克斯散射（能量转移）
极少部分（约低为百万分之一）散射光子是非弹性散射，光子会将部分能量传递给分子，导致自身频率降低，即散射频率小于入射光频率（V=Vo-Vv）。对应分子从基态跃迁到激发态的过程。
3.反斯托克斯散射（能量回收）
极少数处于激发态的分子会将能量“归还”给光子，使散射光频率升高（V=Vo+Vv）。这种现象在常温下较为罕见，但随着温度升高会逐渐显著。
尽管斯托克斯和反斯托克斯散射的频率变化量（ΔV=Vv）看似与入射光频率（V0）相关，但科学家发现：
两者的频率差（νv）仅取决于分子自身的振动/转动能级差，与入射光无关。
通过精确测量散射光与入射光的频率差（ΔV），科学家可绘制出物质的拉曼光谱图。该图谱中每个峰对应分子的一种特定振动模式，其位置和强度如同分子的“指纹”。
02
拉曼光谱仪的三大优势
这项诞生于1930年的技术（拉曼因此获诺贝尔奖），如今已进化成实验室和工业界的“全能侦探”
无创、无损检测
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隔着玻璃瓶检测药品成分，避免开封污染
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对文物、化石进行无损分析，守护历史痕迹
快速识别
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3秒鉴定钻石与仿制品
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缉毒现场非接触识别包裹内的可疑物质
极端检测环境适应
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从-200℃的超导材料到熔岩样本，均可实时分析
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检测癌细胞时，精度可达单细胞级别（需配合显微附件）
有趣事实：火星探测器“毅力号”也搭载了拉曼光谱仪（SHERLOC），用于分析火星岩石矿物组成
03
技术局限与未来
尽管强大，拉曼光谱仍有局限：
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荧光干扰（部分样品强荧光干扰信号）
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激光照射可能引起样品的热效应
不过，新技术正在突破瓶颈：
▸ 表面增强拉曼（SERS）：用纳米金属颗粒将信号放大百万倍
▸ 空间偏移拉曼：实现皮下1mm深度的活体组织检测
▸ 便携式设备：手机大小的手持仪器已商用（精度达实验室级90%）
图为鹭翔嘉仪自研产“教学型多功能拉曼光谱仪“
从实验室到火星地表，从珠宝鉴定到癌症早筛，拉曼光谱技术让我们拥有了“看见”分子世界的能力。下次当你凝视一束光时，或许会想起：那闪烁的光芒中，正藏着物质最深层的秘密。
END.
编辑丨鹭翔嘉仪产品部
