拉曼散射，，通常称为拉曼效应， ，是一种双光子事件，涉及分子相对于其振动运动的极化性以散射能量的形式发生变化。
当来自激光（单频）的光接触到样品时，会改变分子电子云的偏振，使分子暂时处于较高的虚拟能量状态。这种虚能状态是短暂的，重新发射的能量以散射光的形式释放出来。
散射光可以是
什么是拉曼散射？
拉曼散射过程
正如量子力学所描述的那样，拉曼散射过程是光子与分子相互作用时，分子可能被推进到一个更高能量的虚态。在这种高能状态下，可能会出现几种不同的结果。其中一种结果是，分子弛豫到与其初始状态不同的振动能级，产生不同能量的光子。入射光子的能量与散射光子的能量之间的差异称为拉曼散射。
当散射光子的能量变化小于入射光子时，这种散射称为斯托克斯散射。有些分子可能一开始处于振动激发态，当它们进入高能虚态时，可能会弛豫到比初始激发态更低的最终能态。这种散射称为反斯托克斯散射。
受激拉曼散射
受激拉曼散射（SRS）是非线性拉曼光谱的另一个例子。受激拉曼散射发生在斯托克斯光子数量过多或故意添加到激发光束中的情况下。这种波长与常规拉曼光谱中最强的模式相吻合，随后该模式被大大放大，而所有其他拉曼活性模式则被抑制。
研究发现，如果用非常强的激光脉冲照射样品，可以观察到新的非线性现象。脉冲激光器产生的电场比连续波（CW）激光器产生的电场大约大 5 个数量级，这就将更大比例的入射光转化为有用的拉曼散射，并大大提高了信噪比，从而使检测限大大低于标准斯托克斯拉曼光谱仪。
表面增强拉曼散射
表面增强拉曼散射（SERS）是一种用于放大微弱拉曼信号的方法。 拉曼信号本身就很微弱，这是由于可用于检测的散射光子数量在统计上较少。
SERS 使用纳米结构或粗糙的金属表面，通常是金或银。 激光激发这些金属结构可驱动表面电荷产生局部等离子体场，即增强电场。
当分子靠近表面并因此产生增强电场时，就能观察到拉曼信号的大幅增强，从而产生比普通拉曼散射大几个数量级的拉曼信号。 这样就可以检测低浓度的物质，而无需增加标记和荧光测量等步骤。
从药物发现到实验室和现场分析测试、法医测试和医疗诊断，SERS 的应用范围越来越广。
相干反斯托克斯拉曼散射
相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）基于多个激光器的非线性混合过程，用于增强微弱的（自发）拉曼信号。 在 CARS 过程中，泵浦激光束和斯托克斯激光束相互作用，产生一定频率的反斯托克斯信号。 当泵浦激光器和斯托克斯激光器之间的频率差（拍频）与拉曼活性振动模式的频率相匹配时，分子振荡器就会被相干驱动。这就产生了增强的反斯托克斯（较短波长）拉曼信号。
细胞生物学和组织成像是受益于 CARS 技术发展的两个领域。传统上，细胞检测使用荧光光谱仪。利用 CARS 可以收集到相同的化学特异性信息，而无需标记感兴趣的分子，从而提供亚微米秤的信息。
拉曼散射的应用
晶体多晶型：当一种分子能够以一种以上的结晶状态存在时，就发生了多晶型。 许多晶体材料在特定的热力学条件下，可以形成不同的多晶型，使其晶格能最小化。虽然化学性质保持不变，但不同多晶型之间的物理性质（溶解度、溶解性、成核和生长动力学、生物利用度、形态和分离特性）会有所不同。 拉曼光谱是记录形态差异以及在优化结晶过程的同时测量形态的理想工具。
聚合：拉曼光谱往往能提供来自分子主干，尤其是双碳键和三碳键的更强信号（比红外信号更强）。 因此，拉曼光谱可以成为识别聚合物和监测聚合反应的更好选择。挤压化学、聚合过程中的微观结构分析和聚乙烯密度（LDPE/HDPE）计算只是拉曼光谱的几个实际应用。
化学合成：原位拉曼光谱是一种监测化学合成关键反应变量的有用技术，而红外光谱仪对这些反应变量可能不那么敏感（如硅酮、硫醇、二硫化物等）。关键反应变量，如起始点、终点、动力学、瞬态中间体和机理信息，都是需要了解和充分表征的重要方面，以确保工艺开发方法的安全性和稳健性。
红外光谱仪与拉曼光谱
拉曼光谱是一种散射形式的分子光谱仪，经常与红外光谱仪相比较，因为两者都能从分子的振动跃迁中提供有关分子结构和性质的信息。与拉曼光谱相比，红外光谱仪是一种吸收技术，当入射光的频率等于分子特定振动模式的振动频率时，光子就会被吸收（而不是散射）。相对于分子的偶极矩而言，这是一个单光子事件。
红外光谱和拉曼光谱中的这些特定分子跃迁在绘制成光谱图时，可为所研究的化合物提供独特的图案或指纹。由于分子的对称性，在拉曼光谱中可以看到的振动，在红外光谱中可能看不到（或很难看到），反之亦然。基于这些技术所获得的相似但独特的分子信息，拉曼和红外被认为是互补的技术。
ReactRaman™ 802L
拉曼光谱，简化版
从数据收集到分析，带有 iC Raman™ 的 ReactRaman™ 为每个实验室带来了成分分析。自动参数选择可提供准确的数据采集，使科学家们能够自信地获得结果。在每个用户的每个过程中，每次都能第一时间获得正确的结果。
性能紧凑
性能领先，具有出色的稳定性和灵敏度，结构紧凑，可堆叠。可在实验室的任何地方批量或流动部署。单个坚固的连接器提供了固有的安全性，并确保对准，使测量无后顾之忧。
信息丰富的实验
iC 软件无缝集成了多个正交数据流，将过程变量联系起来，从而推动对过程的全面了解。
共享专业知识
ReactRaman 802L 在全球安装了数千台 PAT 设备，拥有四十年的丰富经验。我们的全球专家支持团队致力于通过现场或虚拟培训和应用开发确保用户取得成功。
引文和参考文献
期刊出版物中的拉曼散射
- Kordes, B. R., Ascherl, L., Rüdinger, C., Melchin, T., & Agarwal, S. (2023)。水中 MDO 的水解和 Radical Ring-Opening Polymerization 之间的竞争。谁在比赛？大分子》。
- Li, M., Jin, Z., Han, D., Wu, S., & Gong, J. (2023).无定形氨基酸/螺内酯制剂的共形剂选择及体系的无定形动力学探索。晶体生长与设计》。
- Yao, Y., Yin, Z., Niu, M., Liu, X., Zhang, J., & Chen, D. (2023b).1,3-二氧戊环促进 CO2 水合物动力学及其在基于水合物的 CO2 封存中的意义。化学工程学报》，451, 138799。https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138799
- Kocevska, S., Maggioni, G. M., Crouse, S. H., Prasad, R., Rousseau, R. W., & Grover, M. A. (2022).离子相互作用对 NO3- 拉曼光谱的影响：努力监测汉福德的低活性核废料。化学工程研究与设计》，181，173-194。
- Sarkar, K., Torregrossa-Allen, S. E., Elzey, B. D., Narayanan, S., Langer, M. P., Durm, G. A., & Won, Y. Y. (2022).紫杉醇立体化学对紫杉醇从 CaWO4/paclitaxel-coloaded PEG-PLA 纳米颗粒中 X 光机触发释放的影响。分子制药学》，19(8)，2776-2794。
- Wu, Y., Dong, C., Bai, X., & Yuan, C. (2022).T-ZnOw 和 MoS2 粒子在聚合物摩擦减振过程中的作用。材料与设计》，224，111361。
- Yang, L., Zhang, Y., Liu, P., Wang, C., Qu, Y., Cheng, J., & Yang, C. (2022).多晶型吲哚美辛抗溶剂结晶动力学与种群平衡模型。化学工程学报，428，132591。https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132591。
- Yao, Y., Chen, D., & Yin, Z. (2022).DIOX 浓度对促进 CH4 水合物形成的重要性：热力学和动力学研究。燃料》，324，124355。
- Zhao, C., Su, X., Fang, L., Shang, Z., Li, Z., Gong, J., & Wu, S. (2022).含抗癫痫药物加巴喷丁高效复方片剂的多变量分析，以多组分结晶策略增强药性。晶体生长与设计》，22（12），7234-7247。
- Christensen, M., Yunker, L. P., Shiri, P., Zepel, T., Prieto, P. L., Grunert, S., ... & Hein, J. E. (2021).自动化并非自动。化学科学》，12（47），15473-15490。Rittinghaus, R. D., Karabulut, A., Hoffmann, A., & Herres-Pawlis, S. (2021).Nachtaktiv：Eisen-Guanidin-Komplex katalysiert ROP auf der schlafenden Seite der ATRP.Angewandte Chemie, 133(40), 21965-21971.
- Kocevska, S., Maggioni, G. M., Rousseau, R. W., & Grover, M. A. (2021).利用盲源分离和偏最小二乘回归对复杂混合物中目标物种进行光谱定量：汉福德废物案例研究。工业与工程化学研究》，60（27），9885-9896。
- Wang, Y., Gao, J., Dong, L., Wang, Y., Hong, M., & Yang, S. (2021).用定制设计的齐聚物氨基酸调节 SAPO-34 以提高 MTO 性能。微孔与介孔材料》，310，110590。
- Wu, Y. F., Zhang, H., Wang, N. X., Chen, T., & Liu, Y. (2021).A Study on the Crystal Transformation Relationships of Valacyclovir Hydrochloride Polymorphs：晶体研究与技术，56(12).结晶研究与技术，56（12），2100084。
- Yang, S., Wu, Y., Zhang, H., Sun, J., & Liu, Y. (2021).结晶形式 II 和形式 V 替卡格雷在几种纯有机溶剂中的溶解度测定。化学与工程数据期刊》，66（5），2022-2033。
- Nguyen, C. C. (2020).从甘蔗渣中生产和提纯木糖醇（博士论文，苏拉纳里理工大学农业技术学院生物技术学院）。
- Wan, X., Wu, S., Wang, Y., & Gong, J. (2020).姜黄素及溶出物中空球状体的形成机理及分子构象。CrystEngComm, 22(48), 8405–8411.https://doi.org/10.1039/d0ce01230k
- Yao, X., Wu, Y. F., Sun, S. J., Ren, F. Z., Yang, S. P., & Liu, Y. (2020).多贝酯钙两种水合物的转化关系及其在结晶过程中的应用.结晶研究与技术，55（12），2000139。
- Zhang, S., Zhou, L., Yang, W., Xie, C., Wang, Z., Hou, B., ... & Yin, Q. (2020).含有聚合物添加剂的乙基香兰素形态演变研究。结晶生长与设计，20（3），1609-1617。
- Mei, C., Deshmukh, S., Cronin, J., Cong, S., Chapman, D., Lazaris, N., ... & Kirkitadze, M. (2019).磷酸铝疫苗佐剂：使用离线和在线工具分析成分和尺寸。计算与结构生物技术期刊》，17，1184-1194。
常见问题
是什么导致了拉曼散射？
拉曼散射发生在单色光（激光）的光子与分子接触时，导致非弹性光子的发射。
瑞利散射和拉曼散射有什么区别？
当与分子相互作用时，大部分光子都会发生弹性分散。只有极少数光子是非弹性散射，其频率不同于入射光子，通常低于入射光子。瑞利散射指的是没有分析值的弹性散射光子，而拉曼散射指的是非弹性散射光子。
什么是受激拉曼散射（SRS）？
另一种非线性拉曼光谱是受激拉曼散射。当激发光束中斯托克斯光子过量或特意引入斯托克斯光子时，就会发生受激拉曼散射。这种波长与标准拉曼光谱中最亮的模式相对应，因此该模式会被大幅放大，而所有其他拉曼活性模式则会被削弱。了解有关受激拉曼散射的更多信息。
什么是表面增强拉曼散射（SERS）？
表面增强拉曼散射是一种利用纳米结构或粗糙金属表面（通常是金或银）放大微弱拉曼信号的方法。了解表面增强拉曼散射的更多信息。
什么是拉曼原理？
拉曼效应建立在光散射的基础上，其中包括与入射光束波长相同的瑞利散射（弹性散射），以及由分子振动引起的不同波长的拉曼散射（非弹性散射）。雷利散射的强度大约是拉曼散射的一百万倍。
拉曼散射的历史是怎样的？
1928 年，C.V. Raman 爵士和 K.S. Krishnan 观察到了现在被称为拉曼效应的现象，这也是拉曼光谱的基础。 这种现象涉及光子与分子的相互作用，随后通常会发生能量较低的非弹性散射。一般来说，光子会发生弹性散射，这些千万分之一的低能量非弹性散射光子被称为斯托克斯散射，是分子内键的特异性散射，从而形成特定分子结构的独特光谱特征。
1923 年，他们发现一些液体确实改变了光的颜色，但非常微弱。 1927 年，他们发现甘油散射光的颜色变化特别强烈，入射的蓝光变成了绿光。最终，在 1928 年，第一个拉曼光谱诞生了，随后，随着材料科学在激光、光学和探测器领域的发展，拉曼光谱经历了无数次工程改进。