发布日期：2026-01-22 13:42:31 在微观物质分析领域，分子光谱技术是解锁物质组成与结构奥秘的核心手段，广泛应用于化学、材料、生物、医药、环境等诸多学科与工业领域。无论是物质的快速识别、未知成分的定性分析，还是分子结构的精准解析、化学反应过程的实时追踪，分子光谱分析都发挥着不可替代的作用。它能够帮助科研人员与工业检测人员突破宏观观测的局限，深入原子与分子层面，把握物质的本质属性，为科学研究的推进、产品质量的把控、工艺过程的优化提供坚实的数据支撑。
在众多分子光谱技术中，拉曼光谱与红外光谱是两种最为核心且应用广泛的振动光谱技术。二者的核心目标一致，均是通过探测分子的振动与转动信息，实现对物质分子结构的分析与识别。但值得注意的是，这两种技术基于完全不同的物理原理，由此衍生出各自独特的光谱特性、样品适配能力与应用场景，形成了“互补而非替代”的关系。
在实际应用中，许多从业者常常会面临“该选择拉曼光谱仪还是红外光谱仪”的困惑。由于对两种技术的核心区别认知不清，或是对自身分析需求与样品特性的匹配度把握不足，可能导致选型偏差，进而影响分析效率、检测精度，甚至增加不必要的设备购置与维护成本。基于此，本文旨在系统厘清拉曼光谱仪与红外光谱仪的核心区别，从分析目标、样品特性、设备成本等多维度构建清晰的选择框架，为不同应用场景下的设备选型提供科学、实用的指南。
拉曼光谱仪与红外光谱仪的差异根源在于其核心工作原理的不同，这一差异直接决定了两者在光谱信息获取、样品制备要求、测试性能特点以及应用局限性等方面的一系列区别。本节将从五大核心维度，对两种仪器的特性进行全面、直接的对比分析，为后续的选型决策奠定基础。
红外光谱的产生基于“分子振动的红外活性”。分子中的化学键具有一定的振动频率，当红外光的光子能量与分子中某一化学键的振动能级差相等时，分子会吸收红外光子的能量，从基态振动能级跃迁到激发态振动能级，这一过程即红外吸收。能够产生红外吸收的振动被称为“红外活性振动”，其核心条件是分子振动过程中伴随偶极矩的变化。不同化学键的振动频率不同，吸收的红外光波长也不同，通过检测被吸收的红外光波长与强度，即可获得反映分子结构的红外光谱图。
拉曼光谱的产生则基于“拉曼散射效应”，属于非弹性散射过程。当单色光（通常为激光）照射到样品分子上时，大部分光子会发生弹性散射（瑞利散射），散射光子的能量与入射光子能量相同；少部分光子会与样品分子发生能量交换，导致散射光子的能量发生变化，这种散射即为拉曼散射。
分子吸收光子能量后从基态振动能级跃迁到虚能级，再从虚能级跃迁回基态的不同振动能级，若跃迁回高能级，散射光子能量降低（斯托克斯拉曼散射），若跃迁回低能级，散射光子能量升高（反斯托克斯拉曼散射），通常检测的为斯托克斯拉曼散射。拉曼活性振动的条件是分子振动过程中伴随极化率的变化，通过检测散射光子的能量变化（即拉曼位移）与强度，可得到拉曼光谱图，进而分析分子结构。
核心差异在于：红外光谱依赖分子振动的偶极矩变化，拉曼光谱依赖分子振动的极化率变化。这一本质区别导致两种技术对不同类型化学键的敏感性截然不同，形成了互补的光谱信息。
红外光谱对极性化学键的振动具有高敏感性。例如，-OH（羟基）、C=O（羰基）、N-H（氨基）、C-O（醚键）、C-N（胺键）等强极性键的振动具有显著的红外吸收峰，峰形尖锐、强度较高，能够清晰地反映这些官能团的存在与含量。此外，红外光谱的指纹区（波数4000-400 cm⁻¹）包含了分子的骨架振动信息，对于物质的定性识别具有重要意义，但部分非极性键的振动在红外光谱中信号较弱甚至无信号。
拉曼光谱则对非极性或弱极性化学键的振动更为敏感。例如，C=C（碳碳双键）、C≡C（碳碳三键）、S-S（硫硫键）、C-S（碳硫键）等对称振动或非极性键振动具有较强的拉曼信号。同时，拉曼光谱的指纹区（波数1800-400 cm⁻¹）与红外光谱的指纹区信息互补，对于一些红外光谱难以表征的分子骨架结构，拉曼光谱能够提供清晰的特征峰。此外，拉曼光谱的谱线通常较为尖锐，重叠程度较低，便于光谱峰的解析。
值得注意的是，对于同一分子的某些振动模式，可能同时具有红外活性和拉曼活性，也可能仅具有其中一种活性（即“互斥规则”，适用于具有对称中心的分子）。因此，将两种光谱结合使用，能够获得更为全面、完整的分子结构信息，大幅提升结构解析的准确性。
红外光谱的样品制备要求相对较高，且因样品状态（固体、液体、气体）不同而存在较大差异，操作复杂度较高。对于固体样品，常用的制备方法包括压片法（将样品与KBr混合研磨后压制成薄片）、糊状法（将样品与液体石蜡混合制成糊状涂覆在盐片上）、薄膜法（将样品制成薄膜）等；对于液体样品，需使用专用的液体池，样品需具有一定的透明度，且不能与液体池的窗片材料发生反应；对于气体样品，需使用专用的气体池，且需要对样品进行干燥、净化处理，避免水分和杂质的干扰。此外，红外光谱测试对样品的纯度有一定要求，杂质可能会产生干扰峰，影响光谱解析。
拉曼光谱的样品制备则相对简单，甚至无需制备，具有“无损检测”的显著优势。对于固体样品（如粉末、晶体、薄膜、块状材料等），通常可直接放置在样品台上进行测试，无需任何前处理；对于液体样品，可直接装入样品池或滴在载玻片上测试；对于气体样品，虽也可测试，但因拉曼散射信号较弱，通常需要专用的气体池和高灵敏度的检测器。拉曼光谱对样品的纯度要求相对较低，杂质的干扰相对较小，且能够实现对样品的原位、无损检测，这对于珍贵样品、易变质样品或无法进行复杂前处理的样品而言，具有极大的优势。
在检测效率方面，常规红外光谱（尤其是中红外ATR模式，即衰减全反射模式）的测试速度较快，操作流程相对标准化，适合进行高通量的样品检测，广泛应用于工业质检、批量样品筛查等场景。而常规拉曼光谱的测试速度受激光功率、检测器灵敏度等因素影响，通常略慢于红外光谱，但随着技术的发展，快速拉曼光谱技术已逐渐成熟，部分设备也可实现高通量检测。
在空间分辨率方面，拉曼光谱仪（尤其是共聚焦拉曼显微光谱仪）具有显著优势。共聚焦拉曼光谱仪利用共聚焦显微镜与拉曼光谱技术相结合，能够实现对样品的微区分析，空间分辨率可达到微米级别（通常为1-2 μm），甚至可实现单分子水平的检测。通过共聚焦拉曼成像技术，还能够获得样品中化学成分的空间分布图像，清晰呈现不同区域的分子结构差异。而红外光谱仪的空间分辨率相对较低，常规红外显微镜的空间分辨率通常在几十微米级别，虽有近场红外光谱技术可实现更高的空间分辨率，但设备成本较高，应用范围相对较窄。
在环境适应性方面，拉曼光谱具有更强的抗干扰能力。拉曼光谱测试可在常温常压下进行，无需真空环境（部分特殊样品测试除外），且能够透过玻璃、石英等透明材料进行测试，便于对密封样品、反应釜内的原位反应进行实时监测。
此外，水的拉曼散射信号较弱，对拉曼光谱的干扰较小，因此拉曼光谱适合对水性样品（如生物细胞、水溶液、体液等）进行检测。而红外光谱对水的吸收非常强烈，水会产生显著的干扰峰，因此红外光谱测试通常需要避免水分的干扰，对水性样品的检测难度较大；同时，红外光谱的窗片材料（如KBr、NaCl等）易吸潮，需要在干燥环境下操作，环境适应性相对较弱。
拉曼光谱仪的主要局限在于拉曼散射信号较弱，检测灵敏度相对较低，对于低浓度样品的检测难度较大，通常需要借助高功率激光、高灵敏度检测器或信号增强技术（如表面增强拉曼光谱技术）来提升检测灵敏度。
此外，荧光干扰是拉曼光谱测试的主要问题之一，许多样品（如生物样品、含芳香环的有机化合物）或样品中的杂质在激光照射下会产生强烈的荧光，荧光信号会掩盖微弱的拉曼信号，导致无法获得有效的拉曼光谱。同时，高端拉曼光谱仪（尤其是共聚焦显微拉曼光谱仪）的购置成本和维护成本相对较高，限制了其在部分中小规模实验室或企业中的应用。
红外光谱仪的主要局限在于样品制备复杂，操作流程繁琐，且部分样品（如金属、合金、石墨等）因不具有红外活性或红外吸收信号过强，难以进行红外光谱测试。此外，红外光谱的空间分辨率较低，无法实现对样品微区的精准分析；对水性样品的检测能力较弱，受水分干扰严重。同时，红外光谱的谱线重叠程度相对较高，部分特征峰的解析难度较大，需要结合其他光谱技术进行辅助解析。
选型的核心逻辑是“需求匹配”，即基于自身的分析目标、样品特性，结合设备的操作便捷性、购置与维护成本以及技术扩展性，综合权衡后做出决策。本节将从“明确分析目标”“重点考虑样品特性”“综合评估设备与成本”三个核心维度，构建系统的选型框架，为实际选型提供具体、可操作的指导。
分析目标是选型的首要依据，不同的分析需求对仪器的性能、检测能力有着不同的要求。需结合具体的分析任务，判断拉曼光谱仪与红外光谱仪哪种更能满足需求，或是否需要两者结合使用。
1. 物质鉴定/区分
若分析目标为物质的定性鉴定或不同物质的区分，拉曼光谱仪与红外光谱仪通常都能实现目标，且两者结合使用可获得更为可靠的结果。单一技术可能因某些分子振动模式的活性限制，无法全面表征分子结构，而结合两种光谱的互补信息，能够大幅提升定性鉴定的准确性。
例如，在未知有机物的定性分析中，红外光谱可快速识别极性官能团，拉曼光谱可补充非极性键和分子骨架的信息，两者结合可快速确定分子的基本结构。对于大批量样品的快速筛查，若对检测效率要求较高，可优先考虑常规红外光谱（中红外ATR模式）；若样品珍贵、无法进行前处理，可优先考虑拉曼光谱。
2. 特定官能团分析
若分析目标为特定官能团的检测与分析，需根据官能团的类型选择对应的仪器。对于含强极性键的官能团（如-OH、C=O、N-H、C-O、C-N等），红外光谱具有更高的敏感性，特征峰清晰、强度高，能够准确表征这些官能团的存在、含量及化学环境，因此应优先考虑红外光谱仪；对于含非极性键或对称振动的官能团（如C=C、C≡C、S-S、C-S等），拉曼光谱的特征峰更为明显，解析难度低，应优先考虑拉曼光谱仪。例如，在聚合物材料的分析中，若需检测酯基（-COO-）、羟基等极性官能团，红外光谱更为适用；若需检测碳碳双键的含量（如橡胶的交联度分析），拉曼光谱则更为精准。
3. 空间分布成像
若分析目标为获取样品中化学成分的空间分布信息（如材料的相分布、污染物的扩散路径、生物组织中特定成分的分布等），需要高分辨率的化学成像技术，此时应优先考虑共聚焦拉曼显微光谱仪。共聚焦拉曼成像技术能够实现微米级的空间分辨率，通过逐点扫描样品，获得不同位置的拉曼光谱，进而生成化学成分的空间分布图像，清晰呈现样品的微观结构与成分分布差异。而红外光谱成像技术的空间分辨率较低，难以满足微区分布分析的需求，仅适用于宏观区域的成分分布检测。
4. 原位/活体分析
若分析目标为实现样品的原位检测（如化学反应过程的实时监测、材料在服役过程中的结构变化监测）或活体样品检测（如生物细胞、组织的实时监测），应优先考虑拉曼光谱仪。拉曼光谱具有无损检测的优势，可在不破坏样品的前提下实现原位监测；同时，拉曼光谱能够透过玻璃、石英等透明材料，可对密封反应釜内的反应过程或生物培养皿中的活体样品进行实时检测。此外，水的拉曼散射信号较弱，对活体样品（富含水分）的检测干扰较小，能够获得清晰的光谱信号。而红外光谱受水分干扰严重，且样品制备复杂，难以实现对活体样品的原位、实时监测。
样品特性是选型的关键制约因素，不同状态、不同性质的样品对仪器的样品适应性有着不同的要求。需结合样品的状态（固体、液体、气体）、制备难度、是否含水分、是否具有荧光或强吸光性等特性，选择能够稳定、准确检测的仪器。
1. 样品状态与制备难度
对于珍贵样品、易变质样品或无法进行复杂前处理的样品（如文物、生物组织、稀有金属材料等），拉曼光谱仪是更佳选择。拉曼光谱无需对样品进行复杂的前处理，可直接进行无损检测，能够最大程度保留样品的原始状态，避免因前处理导致样品结构破坏或成分变化。
对于常规固体粉末、非水性液体样品（如有机溶剂、油脂等），若对检测成本和效率要求较高，可优先考虑红外光谱仪。红外光谱对这类样品的检测技术成熟，操作流程标准化，且检测成本相对较低，能够满足批量检测的需求。
对于气体样品，两种仪器均可检测，但各有局限。拉曼光谱检测气体样品时，因拉曼散射信号较弱，需要专用的气体池和高灵敏度的检测器，检测难度较大；红外光谱检测气体样品时，技术相对成熟，专用气体池可有效富集样品，提升检测灵敏度，但需要对样品进行干燥、净化处理，避免水分和杂质的干扰。因此，若需检测气体样品，优先考虑红外光谱仪，若气体样品无法进行干燥处理或需要原位监测，可选择拉曼光谱仪。
2. 水性样品
对于水性样品（如水溶液、生物体液、含水分的食品样品等），拉曼光谱仪是更佳选择。水的拉曼散射信号非常微弱，对拉曼光谱的干扰极小，能够清晰地检测到样品中目标成分的拉曼信号；而水对红外光具有强烈的吸收作用，会产生宽而强的干扰峰，完全掩盖样品中目标成分的红外吸收峰，导致无法进行有效的光谱解析。即使采用衰减全反射（ATR）模式或其他技术，也难以完全消除水分的干扰。因此，水性样品的检测应优先选择拉曼光谱仪。
3. 荧光与吸光性
若样品或样品中的杂质易产生荧光（如生物样品、含芳香环的有机化合物、部分染料样品等），需谨慎选择拉曼光谱仪。荧光信号的强度通常远高于拉曼散射信号，会完全掩盖拉曼信号，导致无法获得有效的拉曼光谱。若必须使用拉曼光谱仪检测这类样品，可尝试采用近红外激光激发（近红外激光可有效抑制荧光信号），或对样品进行荧光猝灭处理，但这会增加检测成本和操作复杂度。对于这类样品，红外光谱仪通常不受荧光的干扰，可作为优先选择。
若样品为深色、强吸光材料（如炭黑、石墨、深色聚合物等），拉曼光谱测试需格外谨慎。强吸光样品会吸收大量的激光能量，导致样品局部温度升高，甚至烧毁样品，同时也会导致拉曼散射信号减弱，难以检测到有效的光谱信号。而红外光谱仪（尤其是ATR模式）对深色、强吸光样品的适应性较强，能够稳定、准确地检测到样品的红外吸收信号，因此应优先考虑红外光谱仪。
在明确分析目标和样品特性的基础上，还需结合设备的操作便捷性、购置与维护成本以及技术扩展性，进行综合评估，确保选型既能够满足当前需求，又具有一定的经济性和前瞻性。
1. 操作便捷性
若应用场景为工业质检、批量样品筛查或基层实验室的常规检测，对操作便捷性和检测效率要求较高，应优先考虑常规红外光谱仪（尤其是中红外ATR模式）。红外光谱仪的操作流程相对标准化，样品制备虽有要求但技术成熟，操作人员经过简单培训即可熟练掌握；且检测速度较快，能够满足高通量检测的需求。
若应用场景为科研实验室的复杂样品分析、微区分析或原位监测，对操作的专业性要求较高，可选择拉曼光谱仪（尤其是共聚焦拉曼显微光谱仪）。拉曼光谱仪的操作相对复杂，需要操作人员具备一定的光谱解析能力和仪器操作经验，但能够实现更为复杂的检测需求。
2. 购置与维护成本
在购置成本方面，常规红外光谱仪（中红外）的价格相对较低，通常适用于预算有限的实验室或企业；高端拉曼光谱仪（尤其是共聚焦显微拉曼光谱仪）的价格通常显著高于常规红外光谱仪，且激光光源、检测器等核心部件的价格较高，购置成本较高，适用于预算充足、检测需求复杂的科研实验室或高端制造企业。
在维护成本方面，红外光谱仪的维护相对简单，核心维护内容包括窗片的清洁、检测器的校准等，维护成本较低；拉曼光谱仪的维护成本则相对较高，激光光源需要定期更换，检测器需要定期校准和维护，且部分易损部件的价格较高。因此，在选型时需充分考虑自身的预算情况，避免因维护成本过高导致设备无法正常使用。
3. 技术扩展性
若未来可能需要开展更为复杂的分析工作，如光谱与其他技术的联用分析（如红外-显微镜联用、拉曼-原子力显微镜联用、拉曼-质谱联用等），在选型时需考虑设备的技术扩展性。红外光谱仪的联用技术相对成熟，如红外显微镜联用可提升空间分辨率，红外-热重联用可实现对样品热分解过程的同步监测；拉曼光谱仪的联用技术则更为丰富，如拉曼-原子力显微镜联用可同时获得样品的化学信息和形貌信息，拉曼-质谱联用可实现对复杂样品的精准定性分析。因此，若未来有联用技术的需求，需结合具体的联用方向选择具有相应扩展能力的设备。
基于上述对拉曼光谱仪与红外光谱仪核心区别的分析，以及从分析目标、样品特性、设备成本等维度的选型考量，本节将给出具体的选择建议，为实际应用中的选型决策提供直接参考。
首先，理想情况下，建议将拉曼光谱仪与红外光谱仪结合使用。如前所述，两种技术基于互补的原理，能够提供互补的分子结构信息。结合使用可大幅提升分子结构解析的准确性和全面性，避免单一技术因振动活性限制导致的信息缺失。对于科研实验室、高端制造企业的质量控制中心等需要进行复杂样品分析的场景，两种仪器的结合使用能够最大程度满足各类分析需求，为科学研究和产品质量把控提供强有力的技术支撑。
其次，若受预算、场地或实际需求限制，只能二选一时，需严格对照“分析目标”和“样品特性”进行精准匹配。具体可参考以下核心匹配原则：若分析目标为检测极性官能团、进行常规批量样品筛查，且样品为非水性固体粉末或液体、无荧光干扰，优先选择红外光谱仪；若分析目标为检测非极性键、进行微区分析或原位/活体分析，且样品为珍贵样品、水性样品或需要透过透明材料检测，优先选择拉曼光谱仪。在实际决策过程中，可制作“需求-样品-仪器”匹配表，逐一核对各项指标，确保选型的准确性。
最后，强烈建议在重大采购或关键实验前，务必用实际样品进行上机测试。无论理论分析多么全面，实际样品的特性往往更为复杂，可能存在未预料到的干扰因素（如未知杂质的荧光干扰、样品的强吸光性等）。通过上机测试，可直接验证仪器对目标样品的检测效果，判断光谱信号的质量、解析难度以及检测效率是否满足需求，避免因选型偏差导致的损失。此外，上机测试还可帮助操作人员提前熟悉仪器的操作流程，为后续的正式检测工作奠定基础。
总结
拉曼光谱仪与红外光谱仪作为分子振动光谱分析的核心设备，并非替代关系，而是互补关系。两者基于不同的物理原理，衍生出各自独特的技术特性和应用优势：拉曼光谱仪擅长非极性键的表征、微区分析、水性样品检测以及原位/活体无损检测，能够为复杂样品的微观结构分析提供精准的信息；红外光谱仪则擅长极性官能团的表征、常规批量样品的快速检测，具有操作便捷、购置与维护成本较低的优势，适用于工业质检、常规分析等场景。
在实际选型过程中，需以“需求为导向、样品为核心、成本为约束”，综合考量分析目标的精准需求、样品的具体特性以及设备的操作便捷性和经济性。理想情况下，两者结合使用可获得最为全面的分子结构信息；二选一时，需严格遵循“特性匹配”原则，确保仪器能够稳定、准确地满足检测需求。同时，通过实际样品的上机测试进行验证，可进一步提升选型的可靠性。
随着光谱技术的不断发展，拉曼光谱仪与红外光谱仪的性能不断提升，应用场景也不断拓展。无论是科研领域的深度探索，还是工业领域的质量把控，准确把握两种技术的核心区别，科学、合理地选择仪器，都将为工作的开展提供高效、精准的技术支撑，助力在微观物质分析的道路上不断突破。
