顯微拉曼光譜儀通常包括激光、透鏡、光纖、分光鏡、探測器等組件。在實驗中，激光經過一個透鏡聚焦到樣品上，樣品反射出的散射光與激光一起經過透鏡再次聚焦到光纖上，并通過分光鏡傳入探測器進行光譜分析。
拉曼光譜在有機化學方面主要是用作結構鑒定和分子相互作用的手段，它與紅外光譜互為補充，可以鑒別特殊的結構特征或特征基團。拉曼位移的大小、強度及拉曼峰形狀是鑒定化學鍵、官能團的重要依據。利用偏振特性，拉曼光譜還可以作為分子異構體判斷的依據。在無機化合物中金屬離子和配位體間的共價鍵常具有拉曼活性，由此拉曼光譜可提供有關配位化合物的組成、結構和穩定性等信息。另外，許多無機化合物具有多種晶型結構，它們具有不同的拉曼活性，因此用拉曼光譜能測定和鑒別紅外光譜無法完成的無機化合物的晶型結構。 在催化化學中，拉曼光譜能夠提供催化劑本身以及表面上物種的結構信息，還可以對催化劑制備過程進行實時研究。同時，激光拉曼光譜是研究電極/溶液界面的結構和性能的重要方法，能夠在分子水平上深入研究電化學界面結構、吸附和反應等基礎問題并應用于電催化、腐蝕和電鍍等領域。
應用方面，顯微拉曼光譜儀被廣泛用于生物學、化學、材料科學和環境等領域，如表面增強拉曼光譜(SERS)技術可以提高檢測靈敏度，有助于藥物分析和生物醫學研究；拉曼成像技術可應用于納米材料、半導體器件和液晶顯示屏等的研究；顯微拉曼光譜儀還可以用于地球科學領域，例如礦物鑒定、巖石分析和油氣勘探等。
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