紅外光譜（Infrared spectrometry）和拉曼光譜（Ra ** n spectrometry）是科學(xué)研究分子構(gòu)造和有機(jī)化學(xué)構(gòu)成的強(qiáng)有力專(zhuān)用工具，因?yàn)槠溲杆?、高靈敏、檢驗(yàn)使用量少等優(yōu)勢(shì)，在原材料、化工廠、環(huán)境保護(hù)、地質(zhì)環(huán)境等行業(yè)廣泛運(yùn)用。從材料分析測(cè)試視角看來(lái)，二者相互配合應(yīng)用通?？梢愿鼜?qiáng)給予分子構(gòu)造層面的信息內(nèi)容。紅外光譜與拉曼光譜同歸屬于分子振動(dòng)光譜儀，但二者事實(shí)上存有比較大差別：紅外光譜是光譜圖，拉曼光譜是透射光譜儀，并且，同一分子的二種光譜儀通常不一樣，這與分子對(duì)稱(chēng)密切有關(guān)，也受分子振動(dòng)規(guī)律性嚴(yán)苛限定。剛觸碰得話，假如不可以從原理到網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)對(duì)二者有比較清楚的熟悉和認(rèn)知能力，單單從那一條坎坷的譜線也許并不可以辨別其關(guān)系與差別。下面，根據(jù)基礎(chǔ)理論融合案例的方法為我們掀起二種光譜儀的“面具”，以期為閱讀者帶來(lái)參照。
二、基本詳細(xì)介紹(一)檢查基本原理
（1）紅外光譜：當(dāng)電磁波輻射與化學(xué)物質(zhì)分子相互影響時(shí)，其動(dòng)能與分子的振動(dòng)或旋轉(zhuǎn)動(dòng)能差異很大，導(dǎo)致分子從低電子能級(jí)向高能級(jí)遷移。因此，一些特殊光波長(zhǎng)的電磁波輻射被化學(xué)物質(zhì)分子消化吸收，不同光波長(zhǎng)處的輻射強(qiáng)度的準(zhǔn)確測(cè)量獲得了紅外光譜分子消化吸收紅外輻射后振動(dòng)電子能級(jí)和旋轉(zhuǎn)電子能級(jí)的遷移。(簡(jiǎn)而言之，紅外光譜是由消化吸收光的動(dòng)能引起的，導(dǎo)致分子中偶極矩變化的振動(dòng))。
（2）拉曼光譜：光照射化學(xué)物質(zhì)，使光量子與分子中的電子設(shè)備發(fā)生沖擊。如果發(fā)生非彈性碰撞，光量子的部分動(dòng)能將傳遞給電子設(shè)備。此時(shí)，透射光的頻率不等于入射角的頻率。這種透射稱(chēng)為拉曼透射，形成的光譜儀稱(chēng)為拉曼光譜。(簡(jiǎn)而言之，拉曼光譜的發(fā)生是由于可見(jiàn)光直射后光的綜合透射效應(yīng)，導(dǎo)致分子極化率變化的振動(dòng))。
(二)活性識(shí)別
(1)相互獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)
對(duì)稱(chēng)點(diǎn)的分子，如果分子振動(dòng)是拉曼活性的，其紅外消化吸收是非活性的。相反，如果是紅外活性的，拉曼是非活性的。
(2)互允標(biāo)準(zhǔn)
拉曼和紅外光譜都是活性的，沒(méi)有對(duì)稱(chēng)點(diǎn)。
(3)互禁標(biāo)準(zhǔn)
拉曼和紅外線對(duì)于極少數(shù)分子的振動(dòng)是非活性的(如丁二烯分子)。
(三)檢測(cè)儀器
1）紅外光譜
(1)散射紅外光譜儀:紫外光-可見(jiàn)光原子吸收光譜相似，由由光源、純色器、消化吸收池、探測(cè)器和記錄系統(tǒng)軟件組成。三棱鏡或光柵尺作為散射元件，由于雙縫的選擇，散射儀器設(shè)備的動(dòng)能?chē)?yán)格限制，掃描時(shí)間長(zhǎng)，敏感性低，屏幕分辨率低，精度低。
(2)傅里葉變換紅外光譜儀:無(wú)散射元件，主要由燈源、麥克爾遜干涉儀、探測(cè)器、電子計(jì)算機(jī)等組成。與散射紅外光譜儀相比，具有屏幕分辨率高、波數(shù)高、精度高、掃描儀速度快、光譜儀范圍廣、敏感度高等優(yōu)點(diǎn)。
2）拉曼光譜
(1)散射激光拉曼光譜儀:主要由試件室、激光發(fā)生器、純色發(fā)生器、探測(cè)器等組成。
(2)傅里葉變換近紅外光譜儀激光器拉曼光譜儀:主要由試件室、激光源、麥克爾遜干涉儀、濾色片組、探測(cè)器等組成。
（3）激光顯微鏡拉曼光譜儀：根據(jù)光學(xué)顯微鏡對(duì)焦到試件的細(xì)微位置，選擇攝像頭、監(jiān)控器等設(shè)備，立即觀察變大圖像，方便激光點(diǎn)指向不受周?chē)瘜W(xué)物質(zhì)影響的微區(qū)域，準(zhǔn)確獲得拉曼光譜圖。
(四)不同點(diǎn)
1)相似之處：對(duì)于給定的離子鍵，其紅外消化吸收頻率與拉曼偏移相同，這意味著第一振動(dòng)電子能級(jí)的動(dòng)能。因此，對(duì)于已知的化學(xué)物質(zhì)，一些峰值的紅外消化吸收波數(shù)與拉曼偏移完全一致。紅外消化吸收波數(shù)和拉曼偏移在紅外區(qū)域，兩者都反映了分子的結(jié)構(gòu)信息內(nèi)容。拉曼光譜和紅外光譜一樣，也用于檢測(cè)化學(xué)分子的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)電子能級(jí)。
2）不同之處
(1)本質(zhì)區(qū)別:紅外光譜是光譜圖，拉曼光譜是透射光譜儀。
(2)紅外線更容易測(cè)量，數(shù)據(jù)信號(hào)更強(qiáng)，但拉曼信號(hào)更差。但拉曼光譜一般比較清晰，重疊帶很少看到，譜圖分析更方便。
(3)紅外光譜應(yīng)用于紅外線(尤其是中紅外線)，而拉曼可以選擇 能見(jiàn)光到近紅外線。
（4）紅外光譜常見(jiàn)于科學(xué)研究正負(fù)極官能團(tuán)的非對(duì)稱(chēng)加密振動(dòng)，拉曼光譜常見(jiàn)于科學(xué)研究非極性官能團(tuán)與框架的對(duì)稱(chēng)性振動(dòng)。
(5)拉曼光譜能測(cè)量溶液(水的拉曼透射較弱)，而紅外光譜不適用于溶液測(cè)量。
(6)拉曼光譜測(cè)量不需要獨(dú)特的樣品，紅外光譜測(cè)量必須樣品。
(7)拉曼光譜可以在玻璃器皿或毛細(xì)血管中精確測(cè)量，但紅外光譜不能在玻璃器皿中精確測(cè)量。
(8)大多數(shù)情況下，拉曼光譜和紅外光譜相互填充，即:紅外強(qiáng)，拉曼弱。紅外弱，拉曼強(qiáng)。
(9)紅外光譜評(píng)價(jià)有機(jī)化合物質(zhì)量更好，而拉曼光譜在提升無(wú)機(jī)物信息內(nèi)容時(shí)更全面。
(10)紅外光譜分析:三要素(消化吸收頻率、抗壓強(qiáng)度、峰值形狀)。除了三要素，拉曼光譜分析還具有去偏振度。
三、實(shí)例分析(1)案例1[1]
參考文獻(xiàn)前言：創(chuàng)作者根據(jù)一步熱打法生成包囊Fe3C金納米顆粒的氮與納米碳管混合（Fe3C@NCNTs），比較不同溫度生成的原材料的性能。使用生成金屬催化劑活性過(guò)硫酸鹽（PS）溶解抗菌素磺胺甲惡唑 ** X)，并對(duì)反映原理進(jìn)行了研究和解釋。
圖1 600-1000 ℃生成的Fe3C@NCNTs的拉曼光譜
圖2 600-1000 ℃合成的Fe3C@NCNTs的FTIR紅外光譜
分析:創(chuàng)作者根據(jù)拉曼光譜(圖1)表現(xiàn)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和石墨化水平。D帶體現(xiàn)碳sp3.缺點(diǎn)(如石墨烯無(wú)定形碳層、邊緣等。G帶體現(xiàn)sp20%鍵石墨化碳原子E2g振動(dòng)。D帶和G帶的抗壓強(qiáng)度比ID/IG值越高，缺點(diǎn)水平越高，石墨化程度越低。首先，所有試驗(yàn)都在進(jìn)行中D帶(~1350 cm?1)和G帶(~1588 cm?1)均表示兩個(gè)明顯的峰值?？梢赃M(jìn)一步獲得融合圖，F(xiàn)e3C@NCNTs-800的ID/IG值最少（0.86)表明它最徹底sp2成鍵結(jié)構(gòu)很可能與導(dǎo)電率有關(guān)。拉曼光譜中的2D峰(2705 cm?1)是石墨烯材料的另一個(gè)值得注意的特點(diǎn)，可以從其部位和外觀上區(qū)分層次。-1000 ℃全部在溫度下培燒Fe3C@NCNTs所有試品都有寬2D峰值代表少層結(jié)構(gòu)。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)熱裂解溫度較低或較高時(shí)，不能產(chǎn)生優(yōu)良的結(jié)構(gòu)。sp納米碳管的結(jié)構(gòu)，即必須適當(dāng)?shù)腻懺鞙囟葋?lái)產(chǎn)生完美的石墨烯結(jié)構(gòu)。FTIR紅外光譜(圖2)還檢測(cè)到含氧量官能團(tuán)異構(gòu)。鍛燒溫度從600 開(kāi)始℃上升到1000 ℃時(shí)，除C=C除峰外，其他四個(gè)峰均減弱，表明隨著石墨烯結(jié)構(gòu)的演變，不穩(wěn)定O和N外來(lái)物種產(chǎn)生溶解。
(二)案例2[2]
參考文獻(xiàn)前言：創(chuàng)作者制造石墨烯負(fù)荷CuO石墨烯對(duì)原材料CuO納米技術(shù)結(jié)構(gòu)和電子光合聲特性的危害。在不同石墨烯承載能力下，科學(xué)研究和探討了復(fù)合納米技術(shù)結(jié)構(gòu)外觀、晶體規(guī)格和帶間隙的變化，并根據(jù)印染廢水的解決方案對(duì)原材料進(jìn)行了比較。
圖3 石墨烯負(fù)荷CuO原材料
(a) FTIR紅外光譜；(b)(注:C”指CuO，“GCXX數(shù)字意味著復(fù)合材料CuO前驅(qū)體的質(zhì)量濃度)
圖4
? ?(a) 石墨烯負(fù)荷CuO拉曼光譜；(b) G帶和(c) 2D帶聲的部分可以合音抗壓強(qiáng)度；(d) G帶和2D帶的改進(jìn)因素
分析：根據(jù)分析FTIR紅外光譜和拉曼光譜研究了納米復(fù)合材料的聲特性?？梢缘玫剑壕w規(guī)格的改進(jìn)會(huì)導(dǎo)致CuO中磁矩-聲協(xié)同作用的提高，遭受強(qiáng)磁矩-選擇定則會(huì)造成聲音協(xié)同作用的危害；觀察到的CuO的多聲子是因?yàn)镃uO納米技術(shù)結(jié)構(gòu)的外觀改性材料使選擇規(guī)則松散；石墨烯的存在CuO每個(gè)聲子的可帶部位和抗壓強(qiáng)度都有輕微的危害。
(3)案例3[3]
參考文獻(xiàn)前言：本文研究了拉曼光譜檢測(cè)微塑料(< 20 μm)與其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)(如紅外光譜)相比，現(xiàn)狀、優(yōu)缺點(diǎn)。
圖5 聚丙稀
(a)拉曼圖像(左)和紅外圖像(右)；(b)拉曼光譜(左)和紅外電子散射光譜儀(右)
分析：為了更好地認(rèn)證紅外光譜和拉曼三維成像的有效性，創(chuàng)作者對(duì)規(guī)格進(jìn)行了評(píng)估< 400 μm對(duì)深海微塑料試品進(jìn)行凈化和過(guò)度考慮，選擇1000 × 1000 μm拉曼三維成像和過(guò)濾色片F(xiàn)TIR電子散射三維成像分析，比較兩種光譜測(cè)量的效果，包括微塑料總數(shù)、類(lèi)型和規(guī)格及其光譜儀的質(zhì)量、解決方案和精確測(cè)量時(shí)間。b表示規(guī)格較小(15)-20 μm）聚丙稀（PP）顆粒物光譜儀，清楚的拉曼光（左）與弱且有噪音的紅外光譜(右)產(chǎn)生比照。針對(duì)紅外光譜，因?yàn)轭w粒物的規(guī)格貼近紅外線顯微鏡光譜儀的橫著屏幕分辨率和衍射極限，造成較低頻率穩(wěn)定度。特別注意的是，檢驗(yàn)的紅外光譜可能是來(lái)源于目標(biāo)檢測(cè)物和鄰近顆粒物混合物質(zhì)的光譜儀。比較之下，同一顆粒的拉曼光譜表明出不錯(cuò)的PP盡管拉曼網(wǎng)絡(luò)信號(hào)相對(duì)性較低，但光譜儀的頻率穩(wěn)定性顯著提高。
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[2] Araujo C F,Nolasco M M,Ribeiro A M P,et al. Identification of microplastics using Ra ** n spectroscopy: latest developments and future prospects[J]. Water research,2018,142: 426-440.
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[4] 孫獻(xiàn)文. 井然有序的銀納米線和‘化學(xué)純’制作和制作銀膠SERS運(yùn)用[D]. 河南大學(xué)，2003.
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[6] 朱明華 胡坪. 分析化學(xué)(第4版)(BZ)[M]. 2009年高等教育出版社.
文中由whuchx供稿。
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第一講 拉曼光譜基礎(chǔ)知識(shí)及環(huán)境介紹
第二講 拉曼光譜的原理及儀器設(shè)備構(gòu)造
第三， 拉曼光譜試品的制作、數(shù)據(jù)采集和分析
第四講 拉曼光譜應(yīng)用案例
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第一講 紅外線光譜圖法簡(jiǎn)述
第二個(gè)是 紅外光譜圖的基本概念
第三講 基團(tuán)消化吸收的頻率和特點(diǎn)
第四，解決 紅外光譜儀和試件
第五， 紅外光譜法的應(yīng)用
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