振动光谱简介
振动光谱是拉曼光谱和红外光谱的总称，反应了分子键在与光相互作用时的振动信息。在红外光谱中，红外光被分子吸收，分子被直接激发到更高的振动能级。而在拉曼光谱中，分子被照射并激发到虚拟能级，然后弛豫到不同的振动状态，发出与入射光有一定波长移位的光子，如图1。
图1 雅布隆斯基图表示拉曼光谱和红外光谱中的能量跃迁
红外和拉曼光谱
发生偶极矩的变化具有红外活性，发生极化率的变化具有拉曼活性。
什么是偶极矩？
分子的偶极矩是指分子内正电荷和负电荷分布的不均匀程度。如果一个分子具有非零偶极矩，则具有不对称电荷分布，从而产生永久偶极子。偶极矩变化使分子具有红外活性。
什么是极化率？
极化率是指一个分子的电子云被外部电场扭曲的能力。当一个分子与入射光子碰撞，与光子相关的电场在分子的电子云中引起振荡。当分子发生振动或转动跃迁时，分子内的电子密度分布发生变化，导致极化率发生变化。极化率变化的使分子具有拉曼活性。
图2 CO2的红外活性(上)和拉曼活性（下）
CO2是线性三原子分子，有4（3N-5）种振动模式。图2显示了这两种振动，分别称为非对称和对称伸缩振动。
另一种形式的振动称为弯曲振动，振动过程中键角发生变化。弯曲振动有四种类型：面内摇摆，扭曲振动，剪式振动和面外摇摆。红外或拉曼光谱信号由伸缩和弯曲振动引起。二氧化碳有两种弯曲振动（频率相同，运动方向不同），这两种弯曲振动合并，在红外光谱中产生一个峰。
应用范围
在分析复杂样品时，无法明确地判断是使用红外还是拉曼光谱；一些通用的应用场景推荐参考。
含水样品
拉曼光谱在研究含有水的样品时具有一定的优势。水是一种非常弱的拉曼散射体，这意味着水对拉曼光谱没有影响。相反，羟基会强烈吸收红外辐射，红外光谱分析含水样品时，存在极大的挑战。
荧光效应的样品
拉曼光谱不受水干扰，但会受到强烈的荧光干扰。拉曼散射是一种固有的弱信号，荧光信号的数量级更强，拉曼激光会诱导存在于样品、衬底或光学元件中的荧光信号，从而干扰拉曼信号。红外辐射则不会引发荧光效应（不存在电子的激发）。
对灵敏度需求较高的样品
在进行样品分析时，灵敏度至关重要；在这两种技术中，红外光谱相对来说更灵敏。然而，对特定官能团的灵敏性，两者都具有各自的优势。例如，拉曼光谱对晶体中的晶格振动特别灵敏，用于研究同质多晶；红外光谱对研究低浓度的反应中间体特别灵敏。
使用的简便性
相对来说，红外光谱仪是一种更简单的仪器。拉曼光谱的测试通常需要一系列测试来确定样品的最佳参数，例如激发光源和光栅的选择。这也许是红外光谱仪通常用于本科化学实验室，拉曼光谱仪多用于科学研究的原因。
结 论
拉曼光谱和红外光谱都是强大的光谱分析技术，为所应用的领域提供快速和无损的分析。虽然提供了分析技术选择的一般性建议，但实际上，样品是复杂的，两者都可以提供相应的优势。不同的信号反馈，使它们成为真正互补的技术；当拉曼光谱和红外光谱一起使用时，可以提供完整的样品特征信息。
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