Cho đến nay phương pháp tán xạ Raman đã được sử dụng cho nhiều vật liệu và trong nhiều lĩnh vực khác nhau như khoa học vật liệu, khoa học trái đất, môi trường, sinh học, y học, nghệ thuật, đồ trang sức và khoa học hình sự. Cùng với việc tiếp tục giải quyết các vấn đề lí thuyết và cải tiến thiết bị đo, các ứng dụng của tán xạ Raman không ngừng tăng lên. Trong phần này, chúng tôi sẽ giới thiệu một số ứng dụng điển hình của quang phổ Raman nhằm minh hoạ các ưu điểm của phương pháp và cách giải quyết một số vấn đề gặp phải trong thực tế.
1.4.1. Khoa học vật liệu
Vật liệu vơ cơ và khống vật: Tán xạ Raman là công cụ rất tốt để khảo sát các vật
liệu vô cơ hoặc các vật liệu chứa các thành phần vơ cơ. Nó là một trong số ít các kĩ thuật phân tích có thể nhận biết một cách rõ ràng và chỉ ra các biểu hiện đặc trưng của cả các nguyên tố và phân tử. Phương pháp tán xạ Raman cung cấp thông tin về độ sạch và dạng vật lí của các nguyên tố như cacbon, germani, lưu huỳnh và silic.
Kỹ thuật hiển vi Raman tỏ ra rất hiệu quả để nhận biết các chất khí, chất lỏng và các bao thể rắn trong khống vật, và vì vậy đã được áp dụng rộng rãi trong địa chất để nghiên cứu các chất vơ cơ có trong lịng Trái Đất và ngồi hành tinh. Hiện nay, việc phân tích các chất vơ cơ và khoáng vật bằng quang phổ Raman đã mở rộng sang lĩnh vực thương mại như điều khiển việc sản xuất bột TiO2 ở quy mô công nghiệp, đánh giá định lượng các chất vơ cơ có trong các bể chứa, kiểm tra chất lượng kim cương, xác định các loại ngọc bích khống vật khác nhau [30].
1.4.2. Vật liệu và linh kiện điện tử
Nhờ kết hợp kĩ thuật hiển vi, phương pháp tán xạ Raman đã đạt được độ phân giải không gian cao và trở thành công cụ rất hiệu quả để nghiên cứu các vật liệu bán dẫn cũng như các linh kiện vi điện tử và quang electron. Hiện nay, kĩ thuật hiển vi Raman đã được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu các vật liệu tổ hợp, vật liệu gốm bao gồm các hạt có kích thước nhỏ, các cấu trúc bán dẫn dị chất và các cấu trúc linh kiện
bán dẫn khác nhau ... Phép đo rất thích hợp khi nghiên cứu các miền nhỏ trong vật liệu khối và các hạt có kích thước nhỏ [30].
1.4.3. Sinh học
Kĩ thuật tán xạ Raman cho phép phát hiện các thay đổi về cấu trúc nên có thể phát hiện các dạng thù hình, cấu trúc thứ cấp của peptit và các thay đổi trong khung xương của phân tử. Việc tích hợp kính hiển vi và các đầu dị hiển vi vào thiết bị Raman đã làm cho quang phổ Raman thích hợp cho nhiều áp dụng sinh học. Các kĩ thuật quang phổ học Raman tăng cường bề mặt SERS và quang phổ học Raman cộng hưởng tăng cường bề mặt SERRS đã được sử dụng thành công để phát hiện DNA. Đặc biệt, một trong các vấn đề được quan tâm hàng đầu hiện nay trong lĩnh vực y học là sử dụng quang phổ Raman để phát hiện in-situ các mô và các vùng tiền ung thư [30].
1.4.4. Dược phẩm
Quang phổ Raman có các ưu điểm nổi bật trong lĩnh vực dược phẩm như sử dụng dễ dàng, có thể đo phổ với lượng mẫu nhỏ, có sự khác nhau nhiều về các cường độ tán xạ tương đối của vật liệu bọc viên thuốc, các thành phần tá dược và các thành phần thuốc. Trên thực tế, việc kiểm tra thuốc và các dạng thù hình của thuốc đã được thực hiện với cả kĩ thuật Raman tán sắc và Raman biến đổi Fourier (Raman FT) [30].
1.4.5. Mỹ thuật và khảo cổ
Việc lấy một lượng mẫu nhỏ nhất để phân tích cũng có thể gây ra sự phá hỏng và làm mất giá trị của tác phẩm nghệ thuật hay các vật khảo cổ, phổ Raman có thể thu được từ các vi mẫu, hoặc có thể sử dụng kĩ thuật đồng tiêu để đo phổ theo chiều sâu mà không phải tách lớp. Trong trường hợp không được lấy mẫu thì có thể thực hiện phép đo tán xạ Raman thơng qua đầu dị sợi quang.
Với khả năng nhận biết không chỉ vật liệu vô cơ được sử dụng mà cả các dạng vật lí của chúng bằng quang phổ Raman, có thể thiết lập việc sử dụng các màu vẽ, thuốc nhuộm và các chất màu được tổng hợp nhân tạo theo niên đại. Do đó, có thể xác định tuổi của các bức tranh và các đồ khảo cổ học như gốm sứ. Sự hiểu biết về thành
phần của các chất màu có thể cho phép phân biệt các tác phẩm nghệ thuật và các vật khảo cổ là nguyên bản, đã được trùng tu hoặc là giả mạo [30].
1.4.6. Môi trường
Phổ Raman tăng cường bề mặt SERS được dùng để phát hiện các chất gây ô nhiễm, các ion kim loại ... trong các nguồn nước ở ao, hồ, sơng, nguồn nước sinh hoạt.
Hình 1.3: Ứng dụng của phổ SERS để phát hiện ra các chất gây ơ nhiễm [9]
Trên hình 1.3 là ứng dụng của phổ SERS để phát hiện các chất ô nhiễm trong nước. Nhỏ một giọt dung dịch mẫu nước cần kiểm tra lên đế SERS rồi đo phổ tán xạ Raman của nó. Từ phổ tán xạ Raman thu được có thể xác định thành phần các chất trong nước nhờ các dịch chuyển Raman đặc trưng của các chất đó. Do vậy xác định được nguồn nước có bị ơ nhiễm hay khơng và đưa ra biện pháp xử lý.