(高清版)GB∕T 37984-2019 納米技術(shù) 用于拉曼光譜校準(zhǔn)的頻移校正值

GB/T37984—2019納米技術(shù)用于拉曼光譜校準(zhǔn)的頻移校正值國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)IGB/T37984—2019本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)科學(xué)院提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC279)歸口。GB/T37984—2019拉曼光譜儀在納米材料表征的應(yīng)用日趨廣泛[1.2],拉曼頻移校準(zhǔn)是拉曼分析中的重要部分。在拉曼光譜儀日常操作中，尤其是在需要高能量分辨率的納米材料檢測(cè)中，要經(jīng)常性地檢查或執(zhí)行拉曼頻移的校準(zhǔn)。目前，最常用的絕對(duì)波數(shù)參考值來(lái)源是低壓原子譜線燈(如低壓汞燈、氬燈及氖燈等)的發(fā)射譜線[3-6]。本標(biāo)準(zhǔn)的制定將為利用標(biāo)準(zhǔn)低壓原子譜線燈測(cè)量和計(jì)算用于拉曼光譜儀校準(zhǔn)的頻移校正值提供技術(shù)支持。1GB/T37984—2019納米技術(shù)用于拉曼光譜校準(zhǔn)的頻移校正值本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用于拉曼光譜校準(zhǔn)的頻移校正值的校準(zhǔn)條件和校準(zhǔn)方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于以連續(xù)激光為激發(fā)光源，具有單級(jí)、二級(jí)或三級(jí)光柵的色散型拉曼光譜儀的日常本標(biāo)準(zhǔn)不適用于傅里葉變換拉曼光譜儀等非色散型拉曼光譜儀。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB/T13966分析儀器術(shù)語(yǔ)JJF1544拉曼光譜儀校準(zhǔn)規(guī)范3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T13966和JJF1544界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1低壓氣體放電光源。3.2注：靜態(tài)光譜窗口通常是在電荷耦合元件(CCD)探測(cè)情況下，通過(guò)指定中心波數(shù)獲得，起始波數(shù)和截止波數(shù)范圍由光譜儀本身的物理結(jié)構(gòu)限定。3.3瑞利線Rayleighline頻率與入射激光相同的譜線。注：其成分包括激光照射樣品產(chǎn)生的瑞利散射、漫散射、表面反射等能量不發(fā)生變化的所4概述拉曼光譜是單色光被分子或晶格中的原子非彈性散射后頻率發(fā)生改變所得的光譜。拉曼光譜中包級(jí)或三級(jí)光柵。光譜儀物理結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及控制馬達(dá)的機(jī)械重復(fù)性等因素會(huì)對(duì)拉曼頻移的測(cè)量精確度2GB/T37984—2019產(chǎn)生影響。內(nèi)在因素及外界環(huán)境的波動(dòng)可能造成拉曼頻移的漂移。在色散型拉曼光譜儀的日常操作與拉曼散射光的絕對(duì)波數(shù)的差值。絕對(duì)波數(shù)是光的波長(zhǎng)的倒數(shù)，以每厘米(cm-1)為單位，其意義是每厘米包含的波長(zhǎng)數(shù)目。Raman=VLaser一VScattering…………(1)VLaser——激光器輸出光的絕對(duì)波數(shù)測(cè)量值；—拉曼散射光的絕對(duì)波數(shù)測(cè)量值?！?2)vRaman——校正后的拉曼頻移值；環(huán)境溫度為20℃~25℃,使用溫度波動(dòng)范圍不超過(guò)±2℃。相對(duì)濕度≤60%。電源電壓及冷卻水等應(yīng)符合設(shè)備主機(jī)及附件要求。儀器設(shè)備：a)拉曼光譜儀；b)計(jì)量部門(mén)檢定或校準(zhǔn)的低壓原子譜線燈。6校準(zhǔn)方法預(yù)熱處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。激光器的預(yù)熱時(shí)間根據(jù)激光器類型或說(shuō)明書(shū)確定。確定要校準(zhǔn)的拉曼頻移范圍。若檢測(cè)對(duì)能量分辨率及拉曼頻移精確性要求較高，校準(zhǔn)與檢測(cè)應(yīng)使用同一靜態(tài)光譜窗口。3GB/T37984—2019根據(jù)所用激光器波長(zhǎng)和要校準(zhǔn)的拉曼頻移范圍選擇適當(dāng)?shù)牡蛪涸幼V線燈，使校準(zhǔn)范圍內(nèi)有三條以上強(qiáng)度較高的發(fā)射譜線。在可見(jiàn)光區(qū)汞燈和氬燈都可以使用，氖燈通常在波長(zhǎng)大于600nm時(shí)使用。6.3絕對(duì)波數(shù)測(cè)量校正值的獲得以低壓原子譜線燈作為樣品，在要校準(zhǔn)的光譜范圍內(nèi)選擇至少三條強(qiáng)度較高且分布較平均的譜線進(jìn)行峰位測(cè)量，重復(fù)測(cè)量六次，記錄譜線峰位的絕對(duì)波數(shù)值，取其平均值作為測(cè)量結(jié)果，計(jì)算每條譜線的絕對(duì)波數(shù)校正值。取這三個(gè)校正值的平均值作為這一光譜范圍內(nèi)的校正值。低壓原子譜線燈的譜線強(qiáng)度通常比日常檢測(cè)的拉曼散射信號(hào)的強(qiáng)度高若干數(shù)量級(jí)，應(yīng)采取縮短曝光時(shí)間、衰減譜線燈強(qiáng)度等必要措施以降低進(jìn)入光譜儀的譜線強(qiáng)度，確保光譜儀正常工作。光譜儀狹縫的位置和寬度大小在校準(zhǔn)和測(cè)試過(guò)程應(yīng)保持不變。單條原子譜線校正值由式(3)計(jì)算得到：式中：Lamp——單條原子譜線的絕對(duì)波數(shù)六次測(cè)量結(jié)果平均值；Vstlamp——單條原子譜線的絕對(duì)波數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值。被校準(zhǔn)光譜范圍的校正值△Lamp?為三條原子譜線絕對(duì)波數(shù)校正值△Lamp?的平均值。拉曼散射光的絕對(duì)波數(shù)校正值與被校準(zhǔn)光譜范圍的校正值相等，即如式(4)所示：式中：拉曼散射光的絕對(duì)波數(shù)校正值；△Lampl—-—被校準(zhǔn)光譜范圍的校正值，為三條原子譜線絕對(duì)波數(shù)校正值的平均值。6.4激光器輸出光的絕對(duì)波數(shù)的校正激光器輸出光的絕對(duì)波數(shù)可由以下方法之一獲得：a)由激光器的校準(zhǔn)或檢定結(jié)果獲得。此時(shí)激光器輸出光的絕對(duì)波數(shù)無(wú)需校正，v'Laser由證書(shū)給出；b)若a)不滿足，若拉曼光譜儀可獲得拉曼頻移為0cm-1的經(jīng)衰減的瑞利線的峰位，參照6.3的方法在同時(shí)包含瑞利線和低壓原子譜線燈發(fā)射線的靜態(tài)光譜窗口內(nèi)，同時(shí)或分別測(cè)量瑞利線和至少三條低壓原子譜線燈發(fā)射譜線峰位，重復(fù)測(cè)量六次。利用式(3)計(jì)算低壓原子譜線燈發(fā)射譜線的校正值，取這三條譜線的校正值的平均值作為激光器絕對(duì)波數(shù)的校正值△lamp?。激光器輸出絕對(duì)波數(shù)由式(5)計(jì)算得到：……(5)式中：vLaser——校正后的激光器輸出光的絕對(duì)波數(shù)值；瑞利線的絕對(duì)波數(shù)六次測(cè)量平均值；與瑞利線同一靜態(tài)光譜窗口內(nèi)三條原子譜線的絕對(duì)波數(shù)校正值的平均值。6.5拉曼頻移校正值的使用獲得絕對(duì)波數(shù)測(cè)量校正值△及校正后的激光器輸出光的絕對(duì)波數(shù)值v'Laser后，在校準(zhǔn)光譜范圍內(nèi)對(duì)拉曼光譜峰位進(jìn)行測(cè)量，重復(fù)測(cè)量六次，記錄峰位的絕對(duì)波數(shù)值，取平均值，即獲得拉曼散射光的絕對(duì)波數(shù)測(cè)量值Vsateing。將以上值代入式(2),即獲得校正后的拉曼頻移值。校正值的使用僅適用于當(dāng)前激光器的當(dāng)前激發(fā)波長(zhǎng)、光譜范圍、狹縫位置及寬度。4GB/T37984—20196.6拉曼光譜儀頻移校正值的測(cè)量與計(jì)算實(shí)例參見(jiàn)附錄A。6.7結(jié)果的記錄校準(zhǔn)記錄應(yīng)包含但不限于以下信息，參見(jiàn)附錄B:a)被校準(zhǔn)儀器的型號(hào)及唯一性標(biāo)識(shí)；b)低壓原子譜線燈的型號(hào)及唯一性標(biāo)識(shí)；c)校準(zhǔn)操作人員及日期；e)被校準(zhǔn)儀器的激光器輸出波長(zhǎng)；f)被校準(zhǔn)光譜范圍；g)被校準(zhǔn)儀器的光柵規(guī)格、曝光時(shí)間、物鏡倍數(shù)、狹縫寬度和針孔狀態(tài)h)原子譜線測(cè)量值；i)校正后的激光器輸出光的絕對(duì)波數(shù)值；j)絕對(duì)波數(shù)測(cè)量校正值。5GB/T37984—2019(資料性附錄)拉曼光譜頻移校正值測(cè)量方法A.1校準(zhǔn)光譜范圍的確定以RenishawinVia拉曼光譜儀為例，使用的激光器標(biāo)稱輸出波長(zhǎng)為785nm,要校準(zhǔn)的靜態(tài)光譜窗口為11850cm-1~12520cm-1(對(duì)應(yīng)799nm～844nm,為靜態(tài)光譜窗口),使用氖氬混合低壓原子譜線燈Ramancalibrationsource進(jìn)行校準(zhǔn)。A.2絕對(duì)波數(shù)測(cè)量校正值的獲得物鏡倍數(shù)為5×,狹縫寬度10μm。測(cè)量得到的發(fā)射線的光譜如圖A.1所示。選擇強(qiáng)度最高的三個(gè)峰測(cè)量絕對(duì)波數(shù)值，重復(fù)6次取平均值，與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)照計(jì)算校正值，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表A.1。7000060000500004000030000939200001230012400拉曼頻移/cm-!圖A.1校準(zhǔn)光譜范圍內(nèi)低壓原子譜線燈的發(fā)射線GB/T37984—2019表A.1絕對(duì)波數(shù)校正值原子譜線燈絕對(duì)波數(shù)測(cè)量平均值校正值46.246.649.6△VSattering=△Lampl=47.5cm-1………(A.1)A.3激光器輸出光的絕對(duì)波數(shù)的校正被校準(zhǔn)設(shè)備激光器為785nm半導(dǎo)體激光器，在12420cm-1~13070cm-1光譜范圍內(nèi)可獲得瑞利散射峰。在此范圍內(nèi)同時(shí)測(cè)量瑞利散射和低壓原子譜線燈發(fā)射線，獲得光譜如圖A.2所示。測(cè)量瑞利散射峰及最接近瑞利散射峰的三個(gè)發(fā)射線強(qiáng)峰測(cè)量絕對(duì)波數(shù)值，重復(fù)6次取平均值。將發(fā)射線與標(biāo)準(zhǔn)90007000600050004000300020000拉曼頻移/cm-167GB/T37984—2019瑞利散射峰絕對(duì)波數(shù)測(cè)量平均值的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)式(A.2):表A.2包含瑞利散射峰的光譜窗口內(nèi)絕對(duì)波數(shù)校正值原子譜線燈絕對(duì)波數(shù)測(cè)量平均值cm-1示值誤差cm-1在包含瑞利散射峰的光譜窗口內(nèi)，該設(shè)備絕對(duì)波數(shù)校正值平均值的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)式(A.3):校正后的激光器輸出光的絕對(duì)波數(shù)值的計(jì)算公式見(jiàn)式(A.4):A.4拉曼頻移校正值的使用在11850cm-1~12520cm-1范圍內(nèi)，經(jīng)校準(zhǔn)的拉曼光譜峰的拉曼頻移值的計(jì)算公式見(jiàn)式(A.5):Vsattering)…………(A.5)式中：vLaser——校正后的激光器輸出光的絕對(duì)波數(shù)測(cè)量值；將相應(yīng)數(shù)值代入式(A.5)即得到：vRaman=12692.5cm-1—(Vsatering—47.5cm-1)……(A.6)將拉曼光譜峰位的重復(fù)測(cè)量六次的絕對(duì)波數(shù)測(cè)量值的平均值VSsettering代入式(A.6),即得到該峰位的校正后的拉曼頻移值。8GB/T37984—2019(資料性附錄)原始記錄參考格式原始記錄參考格式見(jiàn)表B.1。表B.1拉曼光譜儀性能測(cè)試原始記錄格式實(shí)驗(yàn)條件記錄儀器型號(hào)儀器編號(hào)低壓原子譜線燈型號(hào)低壓原子譜線燈編號(hào)校準(zhǔn)人校準(zhǔn)日期校準(zhǔn)地點(diǎn)環(huán)境溫度/℃環(huán)境濕度/%校準(zhǔn)激光器輸出波長(zhǎng)/nm校準(zhǔn)波數(shù)范圍/nm光柵規(guī)格1/mm曝光時(shí)間/s物鏡倍數(shù)狹縫寬度/μm針孔狀態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄原子譜線絕對(duì)波數(shù)/測(cè)量值/cm-1測(cè)量平均值/校正值/平均值/1234569GB/T37984—2019[1]ASTME1840-96(2014)Standa[2]M.S.Dresselhaus,G.Dresselhaus,R.Saito,A.Jorio,Ramanspectroscopyofcarbonnanotubes.Phys.Rep.,409(2005)47-99.[3]FerrariAC,MeyerJC,ScardaciV,etal.Ramanspectrumofgrapheneandgraphenelayers.PhysicalReviewLetters,97(2006)13831-13840.[4]Kim,S.B.,Hammaker,R.M.,Fateley,W.G.,CalibratingRamanSpectrometersUsingaNeonLamp.AppliedSpectroscopy,40(1986)412-415.[5]Burns,K.,Adams,K.B.,Longwell,J.,InterferenceMeasurementsintheSpectraofNeonandNaturalMercury.JournaloftheOpticalSocietyofAmerica,40(1950)339-344.[6]Savoie,R.,Pigeon-Gosselin,M.,Emission-SpectraofRare-GasDischargeLampsf