拉曼光谱是一种振动光谱技术，可测量单色光（通常来自激光）的非弹性散射。它为红外光谱提供了补充信息，对于分析水样、晶体材料和生物样本特别有价值。
拉曼散射原理
当单色光与分子相互作用时，大多数光子会经历瑞利散射（弹性，无能量变化），而一小部分（大约 10^7 光子中的 1 个）会经历拉曼散射（非弹性），能量会发生变化。在斯托克斯拉曼散射中，散射光子比入射光具有更低的能量（更长的波长），对应于分子振动激发。在反斯托克斯拉曼散射中，当分子开始处于激发振动状态时，散射光子具有更高的能量（更短的波长）。拉曼位移 (cm-1) 是入射光和散射光之间的能量差，与激光波长无关。
拉曼光谱与红外光谱
拉曼和红外是受不同选择规则支配的互补技术。拉曼活性需要振动过程中极化率的变化，而红外活性需要偶极矩的变化。对称振动（例如烯烃中的 C=C 伸缩）通常在拉曼中较强，但在红外中较弱，而不对称振动在红外中较强，但在拉曼中较弱。水是一种弱拉曼散射体，但具有很强的红外吸收体，这使得拉曼成为水溶液和生物样品的理想选择。此外，当使用较长波长的激光（785 nm、1064 nm）时，拉曼光谱的荧光干扰比红外光谱少。
仪器仪表
拉曼光谱仪包括常见波长为 532 nm（绿色）、633 nm（红色）、785 nm（近红外）和 1064 nm（红外）的激光源；较长的波长会减少荧光，但遵循反四次方定律，导致拉曼强度较低。激光通过显微镜物镜（显微拉曼）或透镜聚焦到样品上，从而能够分析微克数量和低至 1 µm 的空间分辨率。带有衍射光栅的光谱仪按波长分离拉曼散射光，陷波或边缘滤光片去除强烈的瑞利线。电荷耦合器件 (CCD) 检测器为多通道检测提供高灵敏度，而傅里叶变换 (FT)-拉曼则使用干涉仪和具有 1064 nm 激发的单通道检测器。
特殊拉曼技术
多种先进的拉曼技术增强了其功能。表面增强拉曼光谱 (SERS) 利用分析物分子在粗糙的贵金属表面（Ag、Au）上的吸附 将拉曼信号增强 106-1010，从而实现单分子检测。共振拉曼光谱 (RRS) 将激光波长与分析物的电子吸收带相匹配，将特定振动模式增强 103-105。共焦拉曼显微镜使用针孔来抑制离焦光，从而实现异质样品的深度分析和三维化学成像。尖端增强拉曼光谱 (TERS) 将扫描探针显微镜与 SERS 相结合，可实现纳米空间分辨率的化学成像。
应用程序
拉曼光谱用于通过无损分析、药物多晶型筛选和假药检测来鉴定艺术品和考古文物中的颜料，通过组织和生物流体的拉曼光谱指纹来诊断疾病，半导体、聚合物和碳材料（石墨烯、碳纳米管）的质量控制，以及使用光纤拉曼探针进行体内生物医学成像和内窥镜检查。
