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

GB/T37984—2019納米技術用于拉曼光譜校準的頻移校正值國家市場監(jiān)督管理總局中國國家標準化管理委員會IGB/T37984—2019本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標準由中國科學院提出。本標準由全國納米技術標準化技術委員會(SAC/TC279)歸口。GB/T37984—2019拉曼光譜儀在納米材料表征的應用日趨廣泛[1.2],拉曼頻移校準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中，要經(jīng)常性地檢查或執(zhí)行拉曼頻移的校準。目前，最常用的絕對波數(shù)參考值來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]。本標準的制定將為利用標準低壓原子譜線燈測量和計算用于拉曼光譜儀校準的頻移校正值提供技術支持。1GB/T37984—2019納米技術用于拉曼光譜校準的頻移校正值本標準規(guī)定了用于拉曼光譜校準的頻移校正值的校準條件和校準方法。本標準適用于以連續(xù)激光為激發(fā)光源，具有單級、二級或三級光柵的色散型拉曼光譜儀的日常本標準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于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB/T13966分析儀器術語JJF1544拉曼光譜儀校準規(guī)范3術語和定義GB/T13966和JJF1544界定的以及下列術語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)探測情況下，通過指定中心波數(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構限定。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。拉曼光譜中包級或三級光柵。光譜儀物理結構的穩(wěn)定性及控制馬達的機械重復性等因素會對拉曼頻移的測量精確度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波數(shù)的差值。絕對波數(shù)是光的波長的倒數(shù)，以每厘米(cm-1)為單位，其意義是每厘米包含的波長數(shù)目。Raman=VLaser一VScattering…………(1)VLaser——激光器輸出光的絕對波數(shù)測量值；—拉曼散射光的絕對波數(shù)測量值?！?2)vRaman——校正后的拉曼頻移值；環(huán)境溫度為20℃~25℃,使用溫度波動范圍不超過±2℃。相對濕度≤60%。電源電壓及冷卻水等應符合設備主機及附件要求。儀器設備：a)拉曼光譜儀；b)計量部門檢定或校準的低壓原子譜線燈。6校準方法預熱處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。激光器的預熱時間根據(jù)激光器類型或說明書確定。確定要校準的拉曼頻移范圍。若檢測對能量分辨率及拉曼頻移精確性要求較高，校準與檢測應使用同一靜態(tài)光譜窗口。3GB/T37984—2019根據(jù)所用激光器波長和要校準的拉曼頻移范圍選擇適當?shù)牡蛪涸幼V線燈，使校準范圍內(nèi)有三條以上強度較高的發(fā)射譜線。在可見光區(qū)汞燈和氬燈都可以使用，氖燈通常在波長大于600nm時使用。6.3絕對波數(shù)測量校正值的獲得以低壓原子譜線燈作為樣品，在要校準的光譜范圍內(nèi)選擇至少三條強度較高且分布較平均的譜線進行峰位測量，重復測量六次，記錄譜線峰位的絕對波數(shù)值，取其平均值作為測量結果，計算每條譜線的絕對波數(shù)校正值。取這三個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度通常比日常檢測的拉曼散射信號的強度高若干數(shù)量級，應采取縮短曝光時間、衰減譜線燈強度等必要措施以降低進入光譜儀的譜線強度，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和測試過程應保持不變。單條原子譜線校正值由式(3)計算得到：式中：Lamp——單條原子譜線的絕對波數(shù)六次測量結果平均值；Vstlamp——單條原子譜線的絕對波數(shù)標準值。被校準光譜范圍的校正值△Lamp?為三條原子譜線絕對波數(shù)校正值△Lamp?的平均值。拉曼散射光的絕對波數(shù)校正值與被校準光譜范圍的校正值相等，即如式(4)所示：式中：拉曼散射光的絕對波數(shù)校正值；△Lampl—-—被校準光譜范圍的校正值，為三條原子譜線絕對波數(shù)校正值的平均值。6.4激光器輸出光的絕對波數(shù)的校正激光器輸出光的絕對波數(shù)可由以下方法之一獲得：a)由激光器的校準或檢定結果獲得。此時激光器輸出光的絕對波數(shù)無需校正，v'Laser由證書給出；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)，同時或分別測量瑞利線和至少三條低壓原子譜線燈發(fā)射譜線峰位，重復測量六次。利用式(3)計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波數(shù)的校正值△lamp?。激光器輸出絕對波數(shù)由式(5)計算得到：……(5)式中：vLaser——校正后的激光器輸出光的絕對波數(shù)值；瑞利線的絕對波數(shù)六次測量平均值；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波數(shù)測量校正值△及校正后的激光器輸出光的絕對波數(shù)值v'Laser后，在校準光譜范圍內(nèi)對拉曼光譜峰位進行測量，重復測量六次，記錄峰位的絕對波數(shù)值，取平均值，即獲得拉曼散射光的絕對波數(shù)測量值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前激光器的當前激發(fā)波長、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量與計算實例參見附錄A。6.7結果的記錄校準記錄應包含但不限于以下信息，參見附錄B:a)被校準儀器的型號及唯一性標識；b)低壓原子譜線燈的型號及唯一性標識；c)校準操作人員及日期；e)被校準儀器的激光器輸出波長；f)被校準光譜范圍；g)被校準儀器的光柵規(guī)格、曝光時間、物鏡倍數(shù)、狹縫寬度和針孔狀態(tài)h)原子譜線測量值；i)校正后的激光器輸出光的絕對波數(shù)值；j)絕對波數(shù)測量校正值。5GB/T37984—2019(資料性附錄)拉曼光譜頻移校正值測量方法A.1校準光譜范圍的確定以RenishawinVia拉曼光譜儀為例，使用的激光器標稱輸出波長為785nm,要校準的靜態(tài)光譜窗口為11850cm-1~12520cm-1(對應799nm～844nm,為靜態(tài)光譜窗口),使用氖氬混合低壓原子譜線燈Ramancalibrationsource進行校準。A.2絕對波數(shù)測量校正值的獲得物鏡倍數(shù)為5×,狹縫寬度10μm。測量得到的發(fā)射線的光譜如圖A.1所示。選擇強度最高的三個峰測量絕對波數(shù)值，重復6次取平均值，與標準值對照計算校正值，計算結果見表A.1。7000060000500004000030000939200001230012400拉曼頻移/cm-!圖A.1校準光譜范圍內(nèi)低壓原子譜線燈的發(fā)射線GB/T37984—2019表A.1絕對波數(shù)校正值原子譜線燈絕對波數(shù)測量平均值校正值46.246.649.6△VSattering=△Lampl=47.5cm-1………(A.1)A.3激光器輸出光的絕對波數(shù)的校正被校準設備激光器為785nm半導體激光器，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)同時測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。測量瑞利散射峰及最接近瑞利散射峰的三個發(fā)射線強峰測量絕對波數(shù)值，重復6次取平均值。將發(fā)射線與標準90007000600050004000300020000拉曼頻移/cm-167GB/T37984—2019瑞利散射峰絕對波數(shù)測量平均值的計算結果見式(A.2):表A.2包含瑞利散射峰的光譜窗口內(nèi)絕對波數(shù)校正值原子譜線燈絕對波數(shù)測量平均值cm-1示值誤差cm-1在包含瑞利散射峰的光譜窗口內(nèi)，該設備絕對波數(shù)校正值平均值的計算結果見式(A.3):校正后的激光器輸出光的絕對波數(shù)值的計算公式見式(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)校準的拉曼光譜峰的拉曼頻移值的計算公式見式(A.5):Vsattering)…………(A.5)式中：vLaser——校正后的激光器輸出光的絕對波數(shù)測量值；將相應數(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測量六次的絕對波數(shù)測量值的平均值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表B.1。表B.1拉曼光譜儀性能測試原始記錄格式實驗條件記錄儀器型號儀器編號低壓原子譜線燈型號低壓原子譜線燈編號校準人校準日期校準地點環(huán)境溫度/℃環(huán)境濕度/%校準激光器輸出波長/nm校準波數(shù)范圍/nm光柵規(guī)格1/mm曝光時間/s物鏡倍數(shù)狹縫寬度/μm針孔狀態(tài)實驗數(shù)據(jù)記錄原子譜線絕對波數(shù)/測量值/cm-1測量平均值/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