振動光譜是拉曼光譜和紅外光譜的總稱，反應了分子鍵在與光相互作用時的振動信息。在紅外光譜中，紅外光被分子吸收，分子被直接激發(fā)到更高的振動能***。而在拉曼光譜中，分子被照射并激發(fā)到虛擬能***，然后弛豫到不同的振動狀態(tài)，發(fā)出與入射光有***定波長移位的光子，如圖1。
圖1 雅布隆斯基圖表示拉曼光譜和紅外光譜中的能量躍遷
發(fā)生偶極矩的變化具有紅外活性，發(fā)生極化率的變化具有拉曼活性。
分子的偶極矩是指分子內(nèi)正電荷和負電荷分布的不均勻程度。如果***個分子具有非零偶極矩，則具有不對稱電荷分布，從而產(chǎn)生***偶極子。偶極矩變化使分子具有紅外活性。極化率是指***個分子的電子云被外部電場扭曲的能力。當***個分子與入射光子碰撞，與光子相關的電場在分子的電子云中引起振蕩。當分子發(fā)生振動或轉動躍遷時，分子內(nèi)的電子密度分布發(fā)生變化，導致極化率發(fā)生變化。極化率變化的使分子具有拉曼活性。圖2 CO2的紅外活性(上)和拉曼活性（下）
CO2是線性三原子分子，有4（3N-5）種振動模式。圖2顯示了這兩種振動，分別稱為非對稱和對稱伸縮振動。另***種形式的振動稱為彎曲振動，振動過程中鍵角發(fā)生變化。彎曲振動有四種類型：面內(nèi)搖擺，扭曲振動，剪式振動和面外搖擺。紅外或拉曼光譜信號由伸縮和彎曲振動引起。二氧化碳有兩種彎曲振動（頻率相同，運動方向不同），這兩種彎曲振動合并，在紅外光譜中產(chǎn)生***個峰。在分析復雜樣品時，無法明確地判斷是使用紅外還是拉曼光譜；***些通用的應用場景推薦參考。
拉曼光譜在研究含有水的樣品時具有***定的優(yōu)勢。水是***種非常弱的拉曼散射體，這意味著水對拉曼光譜沒有影響。相反，羥基會強烈吸收紅外輻射，紅外光譜分析含水樣品時，存在極大的挑戰(zhàn)。拉曼光譜不受水干擾，但會受到強烈的熒光干擾。拉曼散射是***種固有的弱信號，熒光信號的數(shù)量***更強，拉曼激光會誘導存在于樣品、襯底或光學元件中的熒光信號，從而干擾拉曼信號。紅外輻射則不會引發(fā)熒光效應（不存在電子的激發(fā)）。在進行樣品分析時，靈敏度至關重要；在這兩種技術中，紅外光譜相對來說更靈敏。然而，對特定官能團的靈敏性，兩者都具有各自的優(yōu)勢。例如，拉曼光譜對晶體中的晶格振動特別靈敏，用于研究同質多晶；紅外光譜對研究低濃度的反應中間體特別靈敏。相對來說，紅外光譜儀是***種更簡單的儀器。拉曼光譜的測試通常需要***系列測試來確定樣品的***佳參數(shù)，例如激發(fā)光源和光柵的選擇。這也許是紅外光譜儀通常用于本科化學實驗室，拉曼光譜儀多用于科學研究的原因。拉曼光譜和紅外光譜都是強大的光譜分析技術，為所應用的領域提供快速和無損的分析。雖然提供了分析技術選擇的***般性建議，但實際上，樣品是復雜的，兩者都可以提供相應的優(yōu)勢。不同的信號反饋，使它們成為真正互補的技術；當拉曼光譜和紅外光譜***起使用時，可以提供完整的樣品特征信息。
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