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學習重點 分清瑞利散射、Stokes 散射、Anti-Stokes 散射與廷得耳散射的能量變化及相對強度。最弱的是 Anti-Stokes。 掌握拉曼光譜的散射本質、拉曼位移與 cm⁻¹ 單位，不與發色基吸收或泛音、組合頻帶混淆。 理解拉曼與紅外的選擇定則：極化率改變與偶極矩改變。這是兩者互補的根本原因。 記住拉曼儀器的直角光路、可見光至近紅外雷射光源，以及用近紅外激發避開螢光干擾。 熟悉拉曼在藥品的應用：指紋鑑別、晶形鑑定、製劑直接檢測、穿透包裝檢測。也要知道「可定量」與「常用於定量」的差別。 核心觀念 一、拉曼光譜測的是非彈性散射光 單色光照射樣品後，多數散射光的頻率與入射光相同，稱為瑞利散射（Rayleigh scattering）。極少部分光會與分子交換振動能量，使散射光頻率改變，形成拉曼散射（Raman scattering）。因此，拉曼光譜所檢測的訊號是散射光。拉曼效應不是由泛音（overtone）或組合頻帶（combination）造成，那是近紅外光譜的主要成因。 散射類型分子與光的能量交換散射光相對於入射光相對強度 Rayleigh無淨能量交換，屬彈性散射頻率、波長不變遠強於拉曼散射 Stokes分子獲得振動能量能量降低、波長變長較 Anti-Stokes 強，為常用的拉曼訊號 Anti-Stokes原處於較高振動能階的分子釋出能量能量升高、波長變短最弱、占比最少 常溫下，多數分子位於振動基態，能產生 Anti-Stokes 散射的分子很少。因此強度關係為 Rayleigh ≫ Stokes ＞ Anti-Stokes，實務上多以 Stokes 訊號建立拉曼光譜。 廷得耳散射（Tyndall scattering）是膠體或較大粒子造成的散射，強度相當大。考試採用的散射強弱順序是：Tyndall ＞ Rayleigh ＞ Raman。拉曼散射是其中最弱的一種，而 Anti-Stokes 又是拉曼散射中最弱的部分。 二、橫軸是拉曼位移，以 cm⁻¹ 表示 拉曼位移是入射光與散射光的波數差，反映分子振動能階的能量差。因此拉曼光譜圖一般以 cm⁻¹ 為單位，與紅外光譜相同。雷射激發光的波長雖以 nm 標示，但光譜橫軸不是 nm。 拉曼位移所涵蓋的是分子振動能量，與中紅外光區的振動資訊相對應，可作為紅外光譜的互補指紋。不可說拉曼的光譜範圍「相當於遠紅外光譜」。 三、與紅外光譜互補的原因：選擇定則不同 比較項目紅外光譜拉曼光譜 光譜性質吸收光譜散射光譜（考題中常與吸收光譜對比，稱為放射光光譜） 活性條件振動時偶極矩改變振動時極化率改變 較適用的鍵結極性、不對稱分子鍵非極性、對稱分子鍵（如 C＝C、S－S 等對稱伸縮） 單位cm⁻¹cm⁻¹ 共同用途兩者皆可測定官能基、提供分子指紋鑑別 極化率可理解為分子電子雲受外加電場扭曲的容易程度。拉曼分析不需要待測物具有發色基（chromophore）。發色基是紫外可見光吸收的條件，拉曼訊號則取決於振動能否改變極化率。 互補性的考試判讀方式是：在中紅外光區吸收較弱的官能基，通常會有較強的拉曼訊號。題目常把這種訊號稱為「拉曼吸收」，用詞雖不精確，但此敘述應判為正確。反之，「拉曼強的區間通常與紅外光譜重疊」是錯誤的，因為兩者的重點在互補，而不是重疊。 四、儀器光路、光源與螢光干擾 拉曼光譜儀以雷射照射樣品，並在與入射光垂直（90°）的方向收集散射光，以避免強烈的入射光直接進入偵測器。這種直角設計與螢光光譜儀類似。在 UV-Vis、IR、near-IR、Raman 中，激發與偵測光徑呈直角的是 Raman；其他三者都是光源、樣品、偵測器排成直線的吸收式光路。 拉曼光源為可見光至近紅外的雷射，常見波長範圍約 450～800 nm。FT-Raman 則使用更長波長的近紅外雷射。 螢光背景遠強於拉曼訊號，會干擾測定。改用近紅外光（near-IR）光源激發時，能量不足以引發多數分子的電子躍遷，可避免螢光干擾。因此，拉曼並非無法檢測具螢光的物質，只要選擇適當的激發波長即可。 五、藥品分析應用 指紋鑑別：常用於建立藥物的指紋圖譜，可與紅外光譜互補。 晶形與多形體：同一成分因晶格排列不同，會產生不同的拉曼光譜，可鑑定原料藥晶形及固體藥品中的多形體。 直接檢測：樣品通常不需前處理，可直接檢測製劑中的有效成分。由於玻璃與塑膠的拉曼訊號弱，還可穿透包裝進行裸錠檢測。水的拉曼訊號也很弱，所以水溶液樣品同樣適用。 定量：FT-Raman 等技術可以應用於藥品定量。例如制酸錠中的甘胺酸（glycine）與碳酸鈣可用 Raman 光譜直接同時分析含量。甘胺酸缺乏發色基，不適合用 UV 測定；原子吸收光譜只能測金屬元素；LC-MS/MS 則需前處理，且不適合直接測碳酸鈣。不過，拉曼的主要用途仍是鑑別與結構分析，所以「常用於定量分析」被判為錯誤敘述。 常考陷阱 「待測物須具備良好的發色基」：錯。這是 UV-Vis 的條件，拉曼看的是極化率是否改變。 「由 overtone 和 combination 造成」：錯。這是近紅外光譜的成因，拉曼是非彈性散射。 「拉曼光譜以 nm 表示」：錯。拉曼與紅外都以 cm⁻¹ 表示；nm 只用於描述雷射激發波長。 「拉曼強的區間通常與紅外光譜重疊」：錯。兩者是互補關係，紅外弱者通常拉曼強。 「光譜範圍相當於遠紅外」：錯。拉曼提供的是與中紅外相對應的振動指紋資訊。 「Rayleigh ＞ Raman ＞ Tyndall」：錯。正確順序為 Tyndall ＞ Rayleigh ＞ Raman。 散射光占比最少的是哪一種：選 Anti-Stokes，不要誤選 Stokes 或 Tyndall。 「無法檢測具螢光之物質」：錯。改用近紅外激發即可避免螢光干擾。 「常用於定量分析」：錯。拉曼主要用於鑑別，但「可應用於定量」、「可直接分析制酸錠含量」是正確的。要注意「常用」與「可以」的差別。 判為正確、不要誤選的敘述：以下都應判為正確：「紅外為吸收光譜、拉曼為放射光光譜」、「紅外適用不對稱鍵、拉曼適用對稱鍵」、「兩者皆可測官能基」、「光路垂直設計與螢光儀類似」、「光源 450～800 nm」、「可穿透包裝檢測」、「可鑑定晶形或多形體」。 記憶口訣 「紅偶不對稱，拉極愛對稱；紅弱拉就強。」紅外看偶極矩，適合不對稱鍵；拉曼看極化率，適合對稱鍵。兩者互補。 「廷大、瑞次、拉曼小；反斯托克斯最稀少。」強度順序為 Tyndall ＞ Rayleigh ＞ Raman（Stokes ＞ Anti-Stokes）。 「直角收散射，位移倒公分；近紅避螢光，不必發色基；指紋辨晶形，可量非常用。」