无损检测利器 - 拉曼光谱仪原理及应用

什么是拉曼光谱？

拉曼光谱是一种广泛应用的无损分析技术，能够提供样品化学结构的详细信息。拉曼光谱仪通过单色激光光源（通常位于可见光或近红外波段）照射样品，激发其产生散射光。绝大部分散射光为瑞利散射，不发生能量变化；而极小一部分光子因与分子振动发生能量交换，产生拉曼散射或拉曼效应。该效应所形成的振动能量特征取决于物质的化学组成与结构特性，因此拉曼光谱被视为一种可靠的“化学指纹图谱”技术。借助高灵敏度检测器和专业光谱仪，可采集并生成具有高信息密度的拉曼光谱图，其典型特征为一系列鲜明且特异性的谱峰，能够用于鉴别样品的成分、浓度、物相、晶型及其他多种属性。

在传统拉曼光谱技术中，激光通常通过同轴光路照射样品并收集散射信号。其重要衍生技术——空间位移拉曼光谱（SORS），则通过多次偏移测量实现对样品亚表层成分的检测。SORS技术能够有效应用于密封容器、厚重包装、有色或不透明材质的内部物质识别，显著提升了如危险化学品鉴定、机场安检中的液体筛查以及药品原辅料验证等任务的处理速度、检测效率与操作安全性。

拉曼光谱仪的工作原理是什么？

拉曼光谱仪的工作原理基于分子振动中极化率的变化，而非如红外光谱那样依赖偶极矩的改变。当样品受到激光照射时，分子电子云形状发生变动，若该变动伴随明确的能量跃迁，便会诱发拉曼散射事件。拉曼光谱仪中的每个谱峰对应特定的分子键振动模式，且各峰的强度存在显著差异。例如，C-C、C=C 这类同核化学键通常表现出较强的拉曼信号，而极性键如 C-O 和 O-H 的拉曼谱带则往往较弱。不过，分子对称性对拉曼强度具有重要影响，因此即使是一些极性基团（如磷酸盐和硫酸盐），在具备高对称性时也可能产生明显的拉曼谱线。

拉曼光谱仪通过精确测量散射光的强度与拉曼位移值（通常记录范围为250–4000 cm⁻¹）来获取样品的光谱信息。在拉曼光谱中，400–1500 cm⁻¹之间的区域被定义为指纹区。该区域所呈现的拉曼谱带具有高度的特征性，能够反映分析物分子结构与化学键振动的特异性信息，因此被广泛用于物质的鉴定与识别。指纹区拉曼光谱中所包含的独特位移信号，可作为识别化学物种和判断分子构型的可靠“指纹”依据。

上图展示了拉曼光谱仪中的指纹区，该区域包含一组独特且明确拉曼特征峰，能够高度特异性地反映物质的分子结构。通过将待测样品的拉曼谱图与已知标准谱库进行匹配，可实现对未知物质的准确鉴定，其鉴别方式类似于“化学指纹”识别。即使面对化学结构高度相似的分子，该技术仍表现出优异的区分能力，因而具备重要的实用价值。

拉曼峰的位置提供了分子中所存在化学键类型的关键信息，而拉曼信号的强度则与样品浓度成正比关系。因此，拉曼光谱不仅可用于定性鉴别，还能应用于定量分析。在与化学计量学方法结合使用时，该技术能够精确测定复杂混合物中各组分的浓度。透射拉曼光谱（Transmission Raman Spectroscopy, TRS）正是基于这一原理发展而成，它被广泛应用于药物质量控制领域，特别是在片剂、胶囊及粉末等剂型的含量均一性验证中发挥着关键作用。

拉曼光谱仪技术适用于检测哪些物质？

拉曼光谱技术是一种广泛应用于物质检测的分析方法，其检测能力基于激发光源诱导分析物分子振动和转动能级变化，进而引起电偶极矩变化的原理。与红外光谱依赖固有偶极矩不同，拉曼效应依赖于分析物中被诱导产生的瞬时偶极子，通常需存在共价键方可产生信号。根据拉曼与红外光谱的互补性原则，诸如C–C、C=C、C–H等非极性键振动在拉曼中信号较强，而C–O、O–H等高极性键则通常在红外中更显著。

该技术适用于检测多种类型的物质，包括有机材料（如活性药物成分、有机溶剂、聚合物、麻醉剂和爆炸物）、多原子无机化合物（如硫酸镁、碳酸氢钠、二氧化钛、磷酸钙）、以单键为主的分子（如脂肪族化合物、糖类、淀粉和纤维素），以及高极性小分子如乙醇。

然而，拉曼光谱并不适用于所有物质。例如，不含共价键的纯离子化合物（如NaCl、KCl）、强荧光样品（如某些植物材料）、深色或黑色样品（因可能吸收激发光）、以及在拉曼检测区间内信号较弱的物质（如水分在200–2000 cm⁻¹区间），还有大多数金属及元素物质，均难以使用该技术进行有效检测。

拉曼光谱仪产品推荐

安捷伦Resolve手持式拉曼光谱仪是一款领先的分析设备，专为在传统实验室之外的环境中实现精准化学分析而设计。该产品采用独特的空间位移拉曼光谱（SORS）技术，即使样品被封装于多种非金属容器、包装或障碍物中，仍可实现快速、准确的成分鉴定。

根据不同需求，您可借助设备内置谱库与算法创建自定义谱库，也可导出拉曼光谱数据，利用高级光谱软件进行深入解析。Resolve手持式拉曼光谱仪集高品质光学系统、可选的激光波长、轻便机身与友好操作于一身，是现场化学分析的理想工具，能够在多样环境下提供可靠、快速的检测支持。

安捷伦Resolve手持式光谱仪产品信息

产品名称：安捷伦Resolve手持式拉曼光谱仪(Agilent Resolve Handheld Raman Spectrometer)

核心功能：穿透检测、多模式扫描、灵活数据处理。

‌技术优势‌：便携耐用‌、定制化谱库‌、830 nm激光波长‌。‌

核心定位：采用空间位移拉曼光谱（SORS）技术的便携式分析设备，专为‌现场快速化学检测‌设计，支持穿透非金属容器直接鉴定物质，无需样品前处理。

‌适用场景‌：食品与农业、执法安检、危险化学品管理、应急响应现场不明物质鉴定、教学研究。

关键型号/系列：Resolve

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