你是不是常聽人提起“紅外光譜”和“拉曼光譜”，卻總覺得它們高深莫測？別擔(dān)心，這篇文章就用最通俗的大白話，幫你徹底搞懂它倆是啥、有啥不同。

一句話概括

紅外光譜：看的是“光被吃了多少”。分子吸收了特定波長的光，我們就知道它里面有什么基團。

拉曼光譜：看的是“光被彈歪了多少”。一束激光打上去，分析被彈回來的光發(fā)生了多大變化，從而判斷分子結(jié)構(gòu)。

它們就像兩個偵探，用不同的方法 interrogate（詢問）分子，最終目的都是搞清楚分子是誰。

如何分辨紅外光譜和拉曼光譜

圖1.兩種分子振動譜示意圖，左邊紅外，右邊拉曼

第一章：它倆到底在測啥？

分子不是靜止的，它里面的原子一直在振動，像用彈簧連著的小球。

這兩種技術(shù)測量的就是這些振動的頻率。不同的化學(xué)鍵（如O-H、C=O）、不同的結(jié)構(gòu)，振動頻率都獨一無二，就像分子的“指紋”。通過測“指紋”，我們就能知道分子里有什么。

第二章：原理有啥不同？（核心區(qū)別）

這是理解兩者區(qū)別的關(guān)鍵，我們用一個比喻來說明：

想象一束光是一群人（光子）跑向一個分子。

紅外光譜 (IR) - “能量吸收”

這群人里，只有特定“體重”（能量） 的人會被分子“吃掉”（吸收）。

儀器在旁邊看：“哦，少了這么多這個體重的人？說明分子里有需要這個能量才能振動的鍵。”

關(guān)鍵：分子必須能“吃”這個光，通常要求分子本身正負電荷不均衡（有偶極矩）。

如何分辨紅外光譜和拉曼光譜

圖2.紅外工作原理示意圖

拉曼光譜 (Raman) - “彈性碰撞”

我們用一群體重完全一樣的人（激光）去撞分子。

大部分人被彈回來體重不變（瑞利散射，沒用的信號）。

極少數(shù)人撞了之后，體重發(fā)生了微小的變化（拉曼散射），要么輕了一點（斯托克斯線），要么重了一點（反斯托克斯線）。這個體重的變化量就是分子的振動頻率。

儀器在旁邊看：“哦，有人的體重變化了這么多？說明分子里有這個頻率的振動。”

關(guān)鍵：分子被撞時，它的電子云要容易被扭曲（極化率要變）。

如何分辨紅外光譜和拉曼光譜

圖3.拉曼光譜原理示意圖

簡單說：

紅外 → 分子自己吸收光能，要求分子是“極性”的。

拉曼 → 光子與分子碰撞后能量變化，要求分子是“可極化”的。 正因為這個根本區(qū)別，它們倆能看到的東西正好互補！

如何分辨紅外光譜和拉曼光譜

第三章：什么時候用誰？

因為它倆互補，所以選擇用誰取決于你的樣品和你想看什么。

如果你想測：

水溶液里的物質(zhì)

碳材料（如石墨烯、碳納米管）的結(jié)構(gòu)

對稱的非極性鍵（比如想知道一瓶油里有沒有C=C雙鍵

優(yōu)先選擇拉曼光譜

如果你想測：

蛋白質(zhì)、塑料、有機物中的官能團（如-OH、-COOH）

不含水的固體、液體、氣體樣品

優(yōu)先選擇紅外光譜

當(dāng)然，最厲害的操作是兩者一起用，強強聯(lián)合，就能把分子的結(jié)構(gòu)信息摸得門兒清。

第四章：一個實際的例子

下面那張圖4和圖5就是一個很好的例子。

如何分辨紅外光譜和拉曼光譜

圖4.600-1000℃合成的Fe3C@NCNTs的拉曼光譜

拉曼光譜 (圖4)：科學(xué)家用它來看碳材料的“石墨化程度”。圖中的D峰和G峰就像身份證，告訴你這個材料有多少缺陷、結(jié)晶度好不好。

如何分辨紅外光譜和拉曼光譜

圖5.600-1000 ℃合成的Fe3C@NCNTs的FTIR紅外光譜

紅外光譜 (圖5)：科學(xué)家用它來看材料表面有沒有“含氧官能團”（如C=O、O-H）。這些基團決定了材料的親水性、化學(xué)反應(yīng)活性等。

你看，同一個樣品，用兩種技術(shù)看，得到了完全不同但又都非常重要的信息。

總結(jié)給小白的核心要點

1.它倆是兄弟：都是用來測量分子振動，鑒定分子結(jié)構(gòu)的“偵探工具”。

2.方法截然不同：紅外是“吸收”，拉曼是“散射”。

3.看到的東西互補：紅外擅長看極性鍵（O-H, C=O）。拉曼擅長看非極性/對稱鍵（C=C, 碳骨架）和水溶液。

4.沒有誰更好：只有誰更合適。根據(jù)你的樣品和問題來選擇。

5.強強聯(lián)合：高手通常兩者都用，全方位了解樣品信息。

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