名家专栏 | 拉曼光谱系列：了解拉曼光谱的基本原理

除了光子与分子的相互作用，光子与声子等元激发相互作用产生的非弹性散射皆可称为拉曼散射。由于拉曼散射光非常弱，其强度一般不及瑞利散射光强的千分之一。如果汞灯做为拉曼激发光源，获得一幅完整的拉曼光谱是非常耗时的。激光器在光源亮度、单色性、方向性、相干性具有显著的优点，是拉曼光谱研究近乎理想的光源。激光器的出现使拉曼光谱学产生了重大技术变革，产生了激光拉曼谱学。

在光与物质相互作用过程中，拉曼散射光与入射光的频率差（拉曼频移）反映物质的固有属性，可以根据拉曼频移的大小来研究物质的结构与物性。值得注意的是，拉曼散射现象和荧光现象物理的机制不同，拉曼效应不能用实际电子能级跃迁来解释，而用元激发的虚能级跃迁来说明。拉曼散射过程中，如果散射光子的能量小于入射光子的能量（hv₁＜hv₀），称之为斯托克斯散射；如果散射光子的能量大于入射光子的能量（hv₂＞hv₀），称之为反斯托克斯散射。在一次常规的拉曼散射物理过程中，正、反斯托克斯散射会同时发生，由于基态和激发态的相对热占比遵循玻尔兹曼分布，室温条件下正斯托克斯谱线的强度要高于反斯托克斯谱线的强度（I_s＞I_as），在实验上可以通过测量正、反斯托克斯散射谱线强度比来推测物质的温度。

图3. 光散射的能级关系