拉曼光谱（Raman spectroscopy）是分子结构研究的分析方法之一，可以提供样品化学结构、相和形态、结晶度以及分子相互作用等信息，广泛应用于药物分析、矿物分析、材料分析、食品安全、环境监测、生命科学、刑事科学等多种领域。
1、药物分析
案例1：特比萘芬临床上用于治疗各种真菌感染，包括脚癣、股癣和体癣。图a显示，采用不同的激发波长对特比萘芬粉末进行常规拉曼测试时，532nm波长下具有峰形清晰的图谱且拉曼强度较632nm波长下更强。文献报道中特比萘芬的拉曼光谱在647cm-1、940cm-1、1284cm-1、1367cm-1、1439cm-1和1631cm-1处会呈现出特征峰，这与测试结果一致。其中940cm-1处的谱峰可归因于反式取代烯烃的影响，1284cm-1是C-N伸缩振动造成的，1367cm-1对应着-CH3的面内变形振动，1631cm-1位的特征峰则是由脂肪族的C=C轴向不对称变形引起的。
图1. 特比萘芬粉末在不同激发波长的Raman图谱
2、矿物分析
案例2：利用拉曼光谱对红碧玉、黑碧玺、花绿宝、海蓝宝、天山蓝、海洋碧玉和蓝东陵玉这几种玉石的细微差异区分。首先，花绿宝具有很强的荧光背景，无明显特征峰；海蓝宝从1000-2500cm-1存在荧光背景，峰位置与其他几类玉石也有很大差异；其他几类玉石光谱较为相似，但从峰位置的细微差异上，也能够清晰地区分开来。
图2.（A）红碧玉和黑碧玺的拉曼谱图；（B）花绿宝的拉曼谱图；（C）海蓝宝、天山蓝、海洋碧玉和蓝东陵玉的拉曼谱图
3、材料分析
案例3：Raman光谱常被用于表征碳纤维表面微观结构。碳纤维是二维有序、三维无序的“乱层石墨结构”微晶材料，因此，在~1556cm-1处存在着代表规整石墨结构的G峰，对应碳纤维表面sp2杂化碳原子。由于碳纤维制备过程中与氧接触不均匀，在1367cm-1处还存在D峰，代表碳纤维表面缺陷无定形碳结构，对应于sp3杂化碳原子。D峰与G峰之间的积分强度之比（R，AD/AG）可以表征碳纤维表面的石墨化程度，AD/AG值越大，无序程度越高。
改性后碳纤维的各个峰位置与AD/AG值都发生变化。Untreated CF的AD/AG值为2.29，在引入KHN+后，AD/AG增大，且随着KHN+含量的增加而增大。CF-2KHN+、CF-4KHN+和CF-6KHN+的AD/AG分别增加到2.49、2.70和2.99，进一步证明碳纤维表面已经引入硅烷涂层。并且KHN+的引入增加碳纤维表面的无序性，提高了碳纤维表面活性，为后续纳米粒子的引入提供了条件。
图3. 碳纤维的Raman谱图
4、食品安全
案例4：使用Fe3O4@COF@Ag 基底对牛奶中的环丙沙星（1×10-5M）、诺氟沙星（1×10-5M）、左氧氟沙星（1×10-5M）进行检测，研究喹诺酮类抗生素的拉曼光谱特性。如图所示，三种抗生素的SERS光谱中出现了许多相似峰形，其中 737-743cm-1的特征峰归属于喹啉环呼吸振动，1380-1396cm-1的特征峰对应O-C-O对称伸缩振动，1470、1556、1624cm-1的特征峰归属于羧酸基的C-O伸缩振动和C=C伸缩振动。此外，还测量了基底和预处理过的牛奶混合物的SERS光谱，Fe3O4@COF@Ag基底在1016cm-1 处的特征峰来源于COF 结构中苯环的环变形振动，1564cm-1处的特征峰归属于苯环的C-H 平面弯曲振动，而1620cm-1处的特征峰则归属于C=C伸缩振动。
图4. Fe3O4@COF@Ag基底和牛奶中三种抗生素的光谱特征
5、环境检测
案例5：对三种常见多环芳烃（PAHs）进行了表面增强拉曼散射（SERS）检测，并对这些PAHs 的浓度与拉曼信号强度的线性关系进行了分析。由图A中萘（Nap）的定性检测图可知，Ag NPs 基底对Nap有很好的SERS检测效果，Nap的特征峰为509cm-1、759cm-1、1020cm-1、1165cm-1、1381cm-1、1175cm-1，加入Ag NPs 的增强体系能够准确的测出与纯品Nap 中显示出的特征峰。图B为使用Ag NPs对不同浓度NaP 溶液进行SERS检测所测定的标准曲线，由图可知在200-3000μg/L范围内，SERS检测特征峰强度与浓度呈现线性关系，拟合线性方程为：y=1.733x+576.162，R2=0.9866。
图C为苊（Acp）的SERS图，Acp的特征峰为638cm-1、1037cm-1、1425cm-1，加入Ag NPs的增强体系能够准确的测出与纯品Acp 中显示出的特征峰。图D为标准曲线，由图可知在100-3000μg/L 范围内，SERS检测特征峰强度与浓度呈现线性关系，拟合线性方程为：y=1.690x+624.124，R2=0.995。图E为芴（Flu）的SERS图，Flu的特征峰为733cm-1、838cm-1、1016cm-1、1145cm-1、 1230cm-1、1394cm-1、1563cm-1，加入Ag NPs 的增强体系能够准确的测出与纯品Flu中显示出的特征峰。图F为标准曲线，由图可知在100-3000μg/L 范围内，SERS检测特征峰强度与浓度呈现线性关系，拟合线性方程为：y=1.491x+485.346，R2=0.991。
图5. （A, B）AgNPS对Nap的SERS光谱及Nap测定标准曲线；（C, D）AgNPS对Acp的SERS光谱及Acp测定标准曲线；（E, F）AgNPS 对Flu 的SERS光谱及Flu测定标准曲线
6、生命科学
案例6：图6分别说明了恶性与健康组、恶性与良性组、良性与健康组之间的差异，可以看出与健康组相比，恶性肿瘤组在784cm-1、925cm-1、986cm-1、1020cm-1、1056cm-1、1114cm-1、1127cm-1、1139cm-1、1346cm-1、1367cm-1 处峰值强度增加，在835cm-1、989cm-1、1002cm-1、1285cm-1、1295cm-1、1437cm-1、1531cm-1、1650cm-1峰谱处强度下降。良性组相较于健康组，在784cm-1、925cm-1、986cm-1、1020cm-1、1056cm-1、1114cm-1、1127cm-1、1139cm-1、1346cm-1、1367cm-1处峰值强度增加，在835cm-1、1002cm-1、1285cm-1、1295cm-1、1437cm-1、1531cm-1、1650cm-1强度下降。恶性肿瘤组和良性组存在相似的光谱信号，但在925cm-1、986cm-1、989cm-1、1002cm-1、1020cm-1、1056cm-1、1114cm-1、1285cm-1、1295cm-1、1346cm-1、1367cm-1、1437cm-1、1650cm-1仍出现强度差异较为明显的峰值。
图6. 三组之间的差异
7、刑事科学
拉曼光谱在毒品、毒物、爆炸物的检测领域也有着广泛应用。利用不同物质特异性的拉曼光谱振动峰对物质进行指纹识别以识别物质，以达到物质识别的目的。按照行业标准和国家相关规定，将所采集的300种化学品，分为毒品、易制毒、易燃易爆、易制爆、药品及常规化学品等六大类。在每个分类的化学品中随机挑选4种物质进行识别。经过分析，每种物质都有其独特唯一的光谱。每种物质拉曼特征峰的峰形、半峰宽都不尽相同，通过峰位、峰形的综合分析，可以识别对应的物质。在实际应用中，拉曼光谱需要与高效、快速的数据处理方法（机器学习或深度学习）相结合，才能进行可靠有效的现场毒品测定。
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