红外光谱 vs 拉曼光谱 - - 实验与分析 -

红外光谱 vs 拉曼光谱

张明 2025-09-28

你是不是常听人提起“红外光谱”和“拉曼光谱”，却总觉得它们高深莫测？别担心，这篇文章就用最通俗的大白话，帮你彻底搞懂它俩是啥、有啥不同。

一句话概括

红外光谱：看的是“光被吃了多少”。分子吸收了特定波长的光，我们就知道它里面有什么基团。
拉曼光谱：看的是“光被弹歪了多少”。一束激光打上去，分析被弹回来的光发生了多大变化，从而判断分子结构。

它们就像两个侦探，用不同的方法 interrogate（询问）分子，最终目的都是搞清楚分子是谁。

图1.两种分子振动谱示意图，左边红外，右边拉曼

第一章：它俩到底在测啥？

分子不是静止的，它里面的原子一直在振动，像用弹簧连着的小球。

这两种技术测量的就是这些振动的频率。不同的化学键（如O-H、C=O）、不同的结构，振动频率都独一无二，就像分子的“指纹”。通过测“指纹”，我们就能知道分子里有什么。

第二章：原理有啥不同？（核心区别）

这是理解两者区别的关键，我们用一个比喻来说明：

想象一束光是一群人（光子）跑向一个分子。

红外光谱 (IR) - “能量吸收”

这群人里，只有特定“体重”（能量）的人会被分子“吃掉”（吸收）。
仪器在旁边看：“哦，少了这么多这个体重的人？说明分子里有需要这个能量才能振动的键。”
关键：分子必须能“吃”这个光，通常要求分子本身正负电荷不均衡（有偶极矩）。

图2.红外工作原理示意图

拉曼光谱 (Raman) - “弹性碰撞”

我们用一群体重完全一样的人（激光）去撞分子。
大部分人被弹回来体重不变（瑞利散射，没用的信号）。
极少数人撞了之后，体重发生了微小的变化（拉曼散射），要么轻了一点（斯托克斯线），要么重了一点（反斯托克斯线）。这个体重的变化量就是分子的振动频率。
仪器在旁边看：“哦，有人的体重变化了这么多？说明分子里有这个频率的振动。”
关键：分子被撞时，它的电子云要容易被扭曲（极化率要变）。

图3.拉曼光谱原理示意图

简单说：

红外 → 分子自己吸收光能，要求分子是“极性”的。
拉曼 → 光子与分子碰撞后能量变化，要求分子是“可极化”的。

正因为这个根本区别，它们俩能看到的东西正好互补！

特性	红外光谱 (IR)	拉曼光谱 (Raman)
原理	吸收	散射
看什么键	极性键（如O-H, C=O, N-H）	非极性键/对称结构（如C-C, C=C, S-S）
水溶液	很难测（水本身有强吸收）	很适合测（水的信号很弱）
光源	普通红外光灯	激光（通常是绿光、红光）

第三章：什么时候用谁？

因为它俩互补，所以选择用谁取决于你的样品和你想看什么。

如果你想测：

水溶液里的物质
碳材料（如石墨烯、碳纳米管）的结构
对称的非极性键（比如想知道一瓶油里有没有C=C双键）-> 优先选择拉曼光谱

如果你想测：

蛋白质、塑料、有机物中的官能团（如-OH、-COOH）
不含水的固体、液体、气体样品-> 优先选择红外光谱

当然，最厉害的操作是两者一起用，强强联合，就能把分子的结构信息摸得门儿清。

第四章：一个实际的例子

下面那张图4和图5就是一个很好的例子。

图4.600-1000 ℃合成的Fe₃C@NCNTs的拉曼光谱

拉曼光谱 (图4)：科学家用它来看碳材料的“石墨化程度”。图中的D峰和G峰就像身份证，告诉你这个材料有多少缺陷、结晶度好不好。

图5.600-1000 ℃合成的Fe₃C@NCNTs的FTIR红外光谱
红外光谱 (图5)：科学家用它来看材料表面有没有“含氧官能团”（如C=O、O-H）。这些基团决定了材料的亲水性、化学反应活性等。

你看，同一个样品，用两种技术看，得到了完全不同但又都非常重要的信息。

总结给小白的核心要点

它俩是兄弟：都是用来测量分子振动，鉴定分子结构的“侦探工具”。
方法截然不同：红外是“吸收”，拉曼是“散射”。
看到的东西互补：

红外擅长看极性键（O-H, C=O）。
拉曼擅长看非极性/对称键（C=C, 碳骨架）和水溶液。

没有谁更好：只有谁更合适。根据你的样品和问题来选择。
强强联合：高手通常两者都用，全方位了解样品信息。

内容来源：光学量检测

责任编辑：展源

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