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红外光谱 vs 拉曼光谱

  信息来源:  TIME:2025-10-10  浏览:

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。

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图1.两种分子振动谱示意图,左边红外,右边拉曼

转自:服务号 光学量检测


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)。

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图2.红外工作原理示意图

转自:服务号 光学量检测


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)。

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图3.拉曼光谱原理示意图

转自:服务号 光学量检测


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!

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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。

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图4.600-1000 ℃合成的Fe3C@NCNTs的拉曼光谱

转自:服务号 光学量检测

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。

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图5.600-1000 ℃合成的Fe3C@NCNTs的FTIR红外光谱

转自:服务号 光学量检测


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。




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