紅外光譜儀儀儀（Infrared spectrometry）和拉曼光譜（Ra ** n spectrometry）它是研究分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的有力工具。由于其速度快、靈敏度高、檢測(cè)量少，廣泛應(yīng)用于材料、化工、環(huán)保、地質(zhì)等領(lǐng)域。從分析測(cè)試的角度來(lái)看，兩者的結(jié)合往往能更好地提供分子結(jié)構(gòu)的信息。紅外光譜儀儀儀和拉曼光譜屬于分子振動(dòng)光譜，但實(shí)際上有很大的區(qū)別：紅外光譜儀儀儀是吸收光譜，拉曼光譜是散射光譜，同一分子的兩種光譜往往不同，與分子對(duì)稱密切相關(guān)，也受分子振動(dòng)規(guī)律的嚴(yán)格限制。剛接觸的話，如果不能從機(jī)制到應(yīng)用層面對(duì)兩者有清晰的理解和認(rèn)知，單從曲折的譜線可能無(wú)法區(qū)分它們的關(guān)聯(lián)和區(qū)別。接下來(lái)，通過(guò)理論與實(shí)例相結(jié)合，為讀者提供參考，為大家掀開(kāi)兩個(gè)光譜的面紗。

(一)檢測(cè)原理

(1)紅外光譜儀儀儀:當(dāng)電磁輻射與物質(zhì)分子相互作用時(shí)，其能量與分子的振動(dòng)或旋轉(zhuǎn)能量差相等，導(dǎo)致分子從低能級(jí)向高能級(jí)跳躍。因此，某些特定波長(zhǎng)的電磁輻射被物質(zhì)分子吸收，紅外吸收光譜分子吸收紅外輻射后，測(cè)量不同波長(zhǎng)處的輻射強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)能級(jí)和旋轉(zhuǎn)能級(jí)。因此，紅外光譜儀儀儀也被稱為分子振動(dòng)旋轉(zhuǎn)光譜。(簡(jiǎn)而言之，紅外光譜儀儀儀產(chǎn)生的是分子中偶極矩變化的振動(dòng)，因?yàn)樗展獾哪芰俊?/p>

（2）拉曼光譜：光照射到物質(zhì)中，使光子與分子中的電子碰撞。如果發(fā)生非彈性碰撞，光子將部分能量傳遞給電子。此時(shí)，散射光的頻率不等于入射光的頻率。這種散射被稱為拉曼散射，產(chǎn)生的光譜被稱為拉曼光譜。（簡(jiǎn)而言之，拉曼光譜的產(chǎn)生是由于單色光照射后光的綜合散射效應(yīng)引起的振動(dòng)）。

(二)活動(dòng)判斷

(1)互斥規(guī)則

任何具有對(duì)稱中心的分子，如果其分子振動(dòng)是拉曼活性的，則其紅外吸收是非活性的。相反，如果是紅外活性的，拉曼是非活性的。

(2)互允規(guī)則

拉曼和紅外光譜儀儀儀沒(méi)有對(duì)稱中心的分子是活性的(個(gè)別除外)。

(3)互禁規(guī)則

拉曼和紅外對(duì)少數(shù)分子的振動(dòng)是非活性的(如乙烯分子)。

(三)檢測(cè)儀器

1)紅外光譜儀儀儀

（1）色散紅外光譜儀儀儀：類(lèi)似于紫外線-可見(jiàn)光分光光度計(jì)，由光源、單色器、吸收池、探測(cè)器和記錄系統(tǒng)組成。棱鏡或光柵作為色散元件，嚴(yán)格限制能量，掃描時(shí)間長(zhǎng)，靈敏度、分辨率和精度低。

（2）傅里葉變換紅外光譜儀儀儀:無(wú)色散元件，主要由光源、邁克爾遜干涉儀、探測(cè)器、計(jì)算機(jī)等組成。與色散紅外光譜儀儀儀相比，具有分辨率高、波數(shù)精度高、掃描速度快、光譜范圍寬、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。

2）拉曼光譜

(1)色散激光拉曼光譜儀:主要由樣品室、激光器、單色器、檢測(cè)器等組成。

(2)傅里葉變換近紅外激光拉曼光譜儀:主要由樣品室、激光光源、邁克爾遜干涉儀、濾光片組、檢測(cè)器等組成。

（3）激光顯微拉曼光譜儀：通過(guò)顯微鏡將入射激光聚焦到樣品的小部分，直接觀察放大圖像，使激光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)不受周?chē)镔|(zhì)干擾的微區(qū)域，準(zhǔn)確獲取照射部分的拉曼光譜圖。

(四)異同點(diǎn)

1）相似之處：對(duì)于一個(gè)給定的化學(xué)鍵，其紅外吸收頻率等于拉曼位移，都代表第一振動(dòng)能水平的能量。因此，某些峰值的紅外吸收波數(shù)與拉曼位移完全相同。紅外吸收波數(shù)和拉曼位移位于紅外光區(qū)，兩者都反映了分子的結(jié)構(gòu)信息。拉曼光譜和紅外光譜儀儀儀一樣，也用于檢測(cè)物質(zhì)分子的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)能水平。

2）不同點(diǎn)

(1)本質(zhì)區(qū)別:紅外光譜儀儀儀是吸收光譜，拉曼光譜是散射光譜。

(2)紅外線更容易測(cè)量，信號(hào)強(qiáng)，但拉曼信號(hào)弱。但拉曼光譜一般比較清晰，重疊帶很少見(jiàn)到，譜圖分析比較方便。

(3)紅外光譜儀儀儀使用紅外光(尤其是紅外光)，而拉曼可以選擇可見(jiàn)光到近紅外光。

(4)紅外光譜儀儀儀常用于研究極性基團(tuán)的非對(duì)稱振動(dòng)，拉曼光譜常用于研究非極性基團(tuán)和骨架的對(duì)稱振動(dòng)。

(5)拉曼光譜可測(cè)水溶液(水的拉曼散射很弱)，而紅外光譜儀儀儀不適用于水溶液量。

(6)拉曼光譜測(cè)定不需要特殊樣品，紅外光譜儀儀測(cè)定需要樣品。

(7)玻璃容器或毛細(xì)管可以測(cè)量拉曼光譜，但玻璃容器不能測(cè)量紅外光譜儀儀儀。

(8)大多數(shù)時(shí)候，拉曼光譜和紅外光譜儀儀相互補(bǔ)充，即:紅外強(qiáng)，拉曼弱。紅外弱，拉曼強(qiáng)。

(9)紅外光譜儀儀儀更好地識(shí)別有機(jī)物，而拉曼光譜在改善無(wú)機(jī)化合物信息時(shí)更全面。

(10)紅外光譜儀儀儀分析:三要素(吸收頻率、強(qiáng)度、峰形)。除了三要素，拉曼光譜分析還具有去偏振度。

(1)實(shí)例1[1]

作者通過(guò)一步熱解合成了包裹Fe3C納米顆粒的氮與碳納米管混合（Fe3C@NCNTs），比較不同溫度合成的材料。過(guò)硫酸鹽是用合成催化劑激活的（PS）抗生素磺胺甲惡唑 ( ** X)，并對(duì)反應(yīng)機(jī)制進(jìn)行了探究和解釋。

分析：作者通過(guò)拉曼光譜（圖1）表示合成材料的結(jié)構(gòu)特征和石墨化程度。D帶反映碳sp3缺陷(如石墨烯無(wú)定形碳層、邊緣等。)，而G帶反映sp2雜化石墨化碳原子E2g振動(dòng)。所以，D帶與G帶的強(qiáng)度比ID/IG值越高，缺陷程度越高，石墨化程度越低。首先，所有樣品在D帶(~1350 cm?1)和G帶(~15888 cm?1)均顯示兩個(gè)明顯的峰值?？梢赃M(jìn)一步得出結(jié)合圖，F(xiàn)e3C@NCNTs-800的ID/IG值最低（0.86)表明它是最完整的sp雜化結(jié)構(gòu)，這可能與其導(dǎo)電性有關(guān)。2.拉曼光譜D峰(2705 cm?1)是石墨烯材料的另一個(gè)值得注意的特點(diǎn)，從其位置和形狀可以識(shí)別分層。在700-1000 ℃所有在溫度下烘烤的東西Fe3C@NCNTs樣品都有寬2D峰值意味著少層結(jié)構(gòu)。綜上所述，當(dāng)熱解溫度較低或較高時(shí)，不能形成良好的熱解溫度sp碳納米管的結(jié)構(gòu)需要適當(dāng)?shù)撵褵郎囟葋?lái)形成完整的石墨烯結(jié)構(gòu)。從FTIR紅外光譜儀儀儀(圖2)還檢測(cè)到含氧官能團(tuán)。煅燒溫度為600 ℃升高到1000 ℃時(shí)，除C=C除峰外，其他四個(gè)峰均變?nèi)?，表明隨著石墨烯結(jié)構(gòu)的演變，O和不穩(wěn)定N物種分解。

(二)實(shí)例2[2]

作者制備了石墨烯負(fù)載CuO探索石墨烯對(duì)材料CuO納米結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、光學(xué)和聲子性質(zhì)的影響。研究和討論了納米結(jié)構(gòu)形狀、晶粒尺寸和帶間隙在不同石墨烯負(fù)載下的變化，并通過(guò)處理染料廢水直接比較了制備材料的性能。

(a) FTIR紅外光譜儀儀儀；(b)(注:C”指CuO，“GCXX數(shù)字代表復(fù)合材料CuO前驅(qū)體的質(zhì)量分?jǐn)?shù))

(a) 石墨烯負(fù)載CuO拉曼光譜；(b) G帶和(c) 2D聲子能帶位置和強(qiáng)度；(d) G帶和2D帶增強(qiáng)因子

分析：通過(guò)分析FTIR紅外光譜儀儀儀和拉曼光譜探討了合成納米材料的聲子性質(zhì)。晶粒尺寸的增加會(huì)導(dǎo)致晶粒尺寸的增加CuO中自旋聲相互作用的增強(qiáng)受強(qiáng)自旋聲相互作用的影響，選擇定則會(huì)放松；觀察到的CuO多聲子是因?yàn)镃uO納米結(jié)構(gòu)的形狀改性放松了選擇規(guī)則；石墨烯的存在CuO每個(gè)聲子的位置和強(qiáng)度都有輕微的影響。

(3)實(shí)例3[3]

本文總結(jié)了拉曼光譜檢測(cè)微塑料(< 20 μm)與其他檢測(cè)技術(shù)(如紅外光譜儀儀儀)相比，現(xiàn)狀、優(yōu)缺點(diǎn)。

(a)拉曼圖像(左)和紅外圖像(右)；(b)拉曼光譜(左)和紅外透射光譜(右)

分析：為了驗(yàn)證紅外光譜儀儀儀和拉曼成像的有效性，作者對(duì)尺寸進(jìn)行了驗(yàn)證< 400 μm純化和過(guò)濾海洋微塑料樣品，選擇1萬(wàn)個(gè) × 1000 μm拉曼成像和過(guò)濾器FTIR透射成像分析，比較兩種光譜測(cè)量的結(jié)果，包括微塑料的數(shù)量、類(lèi)型和尺寸，以及光譜質(zhì)量、處理和測(cè)量時(shí)間。圖5b顯示尺寸較小(15-20) μm）聚丙烯（PP）顆粒光譜，清晰的拉曼光(左)與弱而有噪音的紅外光譜儀儀儀(右)形成對(duì)比。對(duì)于紅外光譜儀儀儀，由于顆粒尺寸接近紅外顯微光譜的橫向分辨率和衍射極限，信噪比較低。值得注意的是，紅外光譜儀儀儀可能是目標(biāo)檢測(cè)對(duì)象和相鄰顆?；旌衔锏墓庾V。相比之下，同一粒子的拉曼光譜顯示得更好PP雖然拉曼信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)較低，但信噪比顯著提高。

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