国家标准 GB/T37984一2019 纳米技术用于拉曼光谱校准的频移校正值 Nanotechnologies一Ramanshifteorreetionvalueforspectrometercalibration 2019-08-30发布 2020-03-01实施国家市场监督管理总局发布币国国家标准化管理委员会国家标准
GB/37984一2019 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由科学院提出本标准由全国纳米技术标准化技术委员会(SAC/TC279)归口本标准起草单位:国家纳米科学中心本标准主要起草人:郭延军、王汉夫、徐波、白露
GB/T37984一2019 引言拉曼光谱仪在纳米材料表征的应用日趋广泛l,拉曼频移校准是拉曼分析中的重要部分在拉曼光谱仪日常操作中,尤其是在需要高能量分辨率的纳米材料检测中,要经常性地检查或执行拉曼频移的校准目前,最常用的绝对波数参考值来源是低压原子谱线灯(如低压汞灯、氯灯及须灯等)的发射谱 3-6] 线" 本标准的制定将为利用标准低压原子谱线灯测量和计算用于拉曼光谱仪校准的频移校正值提供技术支持
GB/37984一2019 纳米技术用于拉曼光谱校准的频移校正值范围本标准规定了用于拉曼光谱校准的频移校正值的校准条件和校准方法本标准适用于以连续激光为激发光源,具有单级、二级或三级光栅的色散型拉曼光谱仪的日常校准本标准不适用于傅里叶变换拉曼光谱仪等非色散型拉曼光谱仪规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件件分析仪器术语 GB/T13966 JJF1544拉曼光谱仪校准规范术语和定义 GB/T13966和JF1544界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3. 低压原子谱线灯low-pressureatomemisionlamp 低压气体放电光源示例:氛灯、氯灯或汞灯 3.2 静态光谱窗口staticspeetralwindow 光谱仪的光栅处于静态模式时,即光栅静止在某一指定角度时,光谱仪获得的一段光谱范围注静态光谱窗口通常是在电荷耦合元件(cCD)探测情况下,通过指定中心波数获得,起始波数和截止波数范围由光谱仪本身的物理结构限定 3.3 瑞利线Rayleighline 频率与人射激光相同的谱线注:其成分包括激光照射样品产生的瑞利散射,漫散射、表面反射等能量不发生变化的所有光子概述拉曼光谱是单色光被分子或晶格中的原子非弹性散射后频率发生改变所得的光谱拉曼光谱中包含分子或晶格振动的信息,在物质鉴定、晶体结构分析,应力分析等领域有广泛的应用色散型拉曼光谱仪通常以激光为光源,可配备一个或多个波长的激光器;以光栅为主要的色散部件,可以具有单级、两级或三级光栅光谱仪物理结构的稳定性及控制马达的机械重复性等因素会对拉曼频移的测量精确度
GB/T37984一2019 产生影响内在因素及外界环境的波动可能造成拉曼频移的漂移在色散型拉曼光谱仪的日常操作中,尤其是在需要高能量分辨率的检测中,要对拉曼频移进行校准低压原子谱线灯的发射谱线是受激发的元素的原子发射谱线,其绝对波数值为自然基准,波长误差小于士10-'nm,其值可查表得出,且具有强度高、线宽窄,分布范围广的特点,适合拉曼频移的校准拉曼频移通常以相对波数表示,单位为cm-' 如式(1)所示,相对波数是激光器输出光的绝对波数与拉曼散射光的绝对波数的差值绝对波数是光的波长的倒数,以每厘米(cm-1)为单位,其意义是每厘米包含的波长数目 VRamun=LANe 'Scattering 式中拉曼频移值; 'Rann 激光器输出光的绝对波数测量值; 1.ase 拉曼散射光的绝对波数测量值 sattern 用拉曼光谐仪采集低压原子谱线灯的发射谱线,对拉曼散射光的绝对波数测量值进行校正;如未经校准或标定,激光器的输出光的绝对波数也应校正;再把二者相减,如式(2)所示,即可得到校正后的拉曼频移值 Raman=LAe seatterne seatterine 式中校正后的拉曼频移值; 》Rwmnm -校正后的激光器输出光的绝对波数测量值; y" -拉曼散射光的绝对波数测量值; Vseering -拉曼散射光的绝对波数校正值 A'suid 5 校准条件 5.1环境条件环境温度为20C一25C,使用温度波动范围不超过士2C 相对湿度<60% 电源电压及冷却水等应符合设备主机及附件要求 5.2设备仪器设备拉曼光谱仪; a b 计量部门检定或校准的低压原子谱线灯 6 校准方法 6.1拉曼光谱仪的准备开启拉曼光谱仪,检查设备的硬件及软件显示,确认拉曼光谱仪处于正常工作状态使激光器完成预热处于稳定工作状态激光器的预热时间根据激光器类型或说明书确定 6.2校准光谱范围的确定确定要校准的拉曼频移范围若检测对能量分辨率及拉曼频移精确性要求较高,校准与检测应使用同一静态光谱窗口
GB/37984一2019 根据所用激光器波长和要校准的拉曼频移范围选择适当的低压原子谱线灯,使校准范围内有三条以上强度较高的发射谱线在可见光区汞灯和氯灯都可以使用,须灯通常在波长大于600nm时使用 6.3绝对波数测量校正值的获得以低压原子谱线灯作为样品,在要校准的光谱范围内选择至少三条强度较高且分布较平均的谱线进行峰位测量,重复测量六次,记录谱线峰位的绝对波数值,取其平均值作为测量结果,计算每条谱线的绝对波数校正值取这三个校正值的平均值作为这一光谱范围内的校正值低压原子谱线灯的谱线强度通常比日常检测的拉曼散射信号的强度高若干数量级,应采取缩短曝光时间,衰减谱线灯强度等必要措施以降低进人光谱仪的谱线强度,确保光谱仪正常工作光谱仪狭缝的位置和宽度大小在校准和测试过程应保持不变单条原子谱线校正值由式(3)计算得到 Aampl=vLamp一'sam 式中: -单条原子谱线的绝对波数校正值; ALampl -单条原子谱线的绝对波数六次测量结果平均值; VLam -单条原子谱线的绝对波数标准值 VsLam 被校准光谱范围的校正值Lm为三条原子谱线绝对波数校正值Lm的平均值拉曼散射光的绝对波数校正值与被校准光谱范围的校正值相等,即如式(4)所示 -A一 AVseaterng" 式中拉曼散射光的绝对波数校正值; A'swwan -被校准光谱范围的校正值,为三条原子谱线绝对波数校正值的平均值 Aampl 6.4激光器输出光的绝对波数的校正激光器输出光的绝对波数可由以下方法之一获得由激光器的校准或检定结果获得此时激光器输出光的绝对波数无需校正,'由证书给出; b 若a)不满足,若拉曼光谱仪可获得拉曼频移为0cm-'的经衰减的瑞利线的峰位,参照6.3的方法在同时包含瑞利线和低压原子谐线灯发射线的静态光谱窗口内,同时或分别测量瑞利线和至少三条低压原子谱线灯发射谱线峰位,重复测量六次利用式(3)计算低压原子谱线灯发射谱线的校正值,取这三条谱线的校正值的平均值作为激光器绝对波数的校正值ALmg 激光器输出绝对波数由式(5)计算得到 Lae='Ryeieh ALmpe 式中校正后的激光器输出光的绝对波数值; 'e 瑞利线的绝对波数六次测量平均值; VRwyleieh 与瑞利线同一静态光谱窗口内三条原子谱线的绝对波数校正值的平均值 Lamp2 6.5拉曼频移校正值的使用获得绝对波数测量校正值As及校正后的激光器输出光的绝对波数值后,在校准光谱范围内对拉曼光谱峰位进行测量,重复测量六次,记录峰位的绝对波数值,取平均值,即获得拉曼散射光的绝对波数测量值sammm 将以上值代人式(2),即获得校正后的拉曼频移值校正值的使用仅适用于当前激光器的当前激发波长、光谱范围、狭缝位置及宽度
GB/T37984一2019 6.6拉曼光谱仪频移校正值的测量与计算实例参见附录A 结果的记录校准记录应包含但不限于以下信息,参见附录B a 被校准仪器的型号及唯一性标识 b 低压原子谱线灯的型号及唯一性标识; 校准操作人员及日期; d 校准地点、环境温度及湿度; 被校准仪器的激光器输出波长被校准光谱范围被校准仪器的光栅规格、曝光时间、物镜倍数、狭缝宽度和针孔状态等参数; 原子谱线测量值; h 校正后的微光器输出光的绝对放数值; 绝对波数测量校正值
GB/37984一2019 录附 A 资料性附录拉曼光谱频移校正值测量方法校准光谱范围的确定 A.1 以RenishawinVia拉曼光谱仪为例,使用的激光器标称输出波长为785nm,要校准的静态光谱窗口为l1850cm-1一12520em=!(对应799nmm一844nm,为静态光谱窗口),使用氛氨混合低压原子谱线灯Ramancalibrationsource进行校准 A.2绝对波数测量校正值的获得在校准波数范围内测量低压原子谱线灯的发射线实验条件如下:12001/mm光栅,曝光时间0.1s 物镜倍数为5×,狭缝宽度104m 测量得到的发射线的光谱如图A.1所示选择强度最高的三个峰测量绝对波数值,重复6次取平均值,与标准值对照计算校正值,计算结果见表A.1 70000 11983 12372 60000 50000 40000 30000 12390 1939 20000 12148 12095 10000 12000 12340 l2155 423 12100 12400 12000 2200 12300 12500 拉曼频移/cm- 校准光谱范围内低压原子谱线灯的发射线图A.1
GB/T37984一2019 表A.1绝对波数校正值原子谱线灯绝对波数测量平均值校正值 cm cm cm 11893.14 11939.3 46.2 l1936.58 1l983.2 46.6 12322.39 12372.0 49.6 ?范围内,该设备拉曼散射光的绝对波数校正值的计算结果见式(A) 在1l850em-12520em s =4 =47.5cm" A.l 'saterime 1ampl A.3激光器输出光的绝对波数的校正被校准设备激光器为785nm半导体激光器,在12420em-113070em一光谱范围内可获得瑞利散射峰在此范围内同时测量瑞利散射和低压原子谱线灯发射线,获得光谱如图A.2所示测量瑞利散射峰及最接近瑞利散射峰的三个发射线强峰测量绝对波数值,重复6次取平均值将发射线与标准值对照计算示值误差,计算结果见表A.2 12529 9000 12542 8000 7000 6000 5000 400o 3000 2000 2423 12745 1000 12634 1250o 12600 12700 1280o 1290o 300o 拉曼频移/cm- 图A.2瑞利散射峰及低压原子谱线灯的发射线
GB/37984一2019 瑞利散射峰绝对波数测量平均值的计算结果见式(A.2) A.2 yR=12744.5cm" 表A.2包含瑞利散射峰的光谱窗口内绝对波数校正值原子谱线灯绝对波数测量平均值示值误差 cm cm cm 12476.94 12528.7 51.8 12490.39 12542.3 51.9 12581.5 12633.8 52.3 在包含瑞利散射峰的光谐窗口内,该设备绝对波数校正值平均值的计算结果见式(A.3) =52.0cm A.3 Lamp 校正后的激光器输出光的绝对波数值的计算公式见式(A.4) 一， =12744.5cm一52.0cm-=12692.5em A.4 1ae='Rsyl Lam3 A.4拉曼频移校正值的使用在11850cm-1~12520em'范围内,经校准的拉曼光谐峰的拉曼频移值的计算公式见式(A.5). 、 VR=a vsai Vsei (A.5 式中: 校正后的拉曼频移值; Rma 校正后的激光器输出光的绝对波数测量值; 拉曼散射光的绝对波数测量值; VSeattering 拉曼散射光的绝对波数校正值 s 'srattering 将相应数值代人式(A.5)即得到 =12692.5em1一(us 47.5cm-Iy (A.6 Raman= 将拉曼光谱峰位的重复测量六次的绝对波数测量值的平均值s代人式(A.6),即得到该峰位的校正后的拉曼频移值
GB/T37984一2019 附录 B 资料性附录) 原始记录参考格式原始记录参考格式见表B.1 表B.1拉曼光谱仪性能测试原始记录格式实验条件记录仪器型号仪器编号低压原子谱线灯型号低压原子谱线灯编号校准人校准日期校准地点环境温度/" 环境湿度/% 校准激光器输出波长 /nm 校准波数范围/nm 光栅规格1" mm 曝光时间/s 物镜倍数狭缝宽度/4m 针孔状态实验数据记录测量值/cem" 原子谱线绝对波数测量平均值，校正值平均值， em em em cm
GB/37984?2019 [1]ASTME1840-96(2014)StandardGuideforRamanShiftStandardsforSpectrometerCal ibration 2 M.s.Dresselhaus,G.Dresselhaus,R.Sito,A.Jorio,Ramanspectroscopy ofcarbonnanotubes.Phys. ,409(200547-99. Rep graphene [3]FerrariAC,MeyerJC,ScardaciV,etal.Ramanspectrumof andgraphenelayers PhysicalReviewLetters,97(200613831-13840. RamanSpectrommeters Using Kim,s.B.Hammaker,R.M.,Fateley,w.G.,Calibrating Neonlamp.Appliedspectroscopy,40(1986)412-415. [5 Burns,K.,AdammsK.B.,Longwell,J.,IntererenceMeasurementsintheSpectraofNeon andNaturalMereury.JournaloftheOpticalSocietyofAmerica,40(1950339-344. [6 Savoie,R.,Pigeon-Gosselin,M.,Emission-SpectraofRare-GasDischargeLampsfortheCal ibrationofRamanSpectrometerswithExcitationat488.0and514.5nm.CanadianJournalofSpectros y,28(1983133-138. copy Kramida,A.,Ralcehenko,Yu.,Reader,J.,N1SAsDTeam2015).NISTAtomicSpectra Databasever.5.3)[Online].Avaliable:http://physics,nist.gov/asd.

纳米技术在拉曼光谱校准中的应用：频移校正值GB/T37984-2019解析

1. 定义

GB/T37984-2019是中国国家标准化管理委员会发布的一项关于纳米技术在拉曼光谱校准中应用的标准。其中，频移校正值是指由纳米颗粒引起的光学谱线频移所导致的拉曼光谱测量结果的校正值。

2. 原理

随着人们对物质结构和性能研究的深入，拉曼光谱成为分析样品成分和结构的重要手段之一。但是，在实际应用中，由于不同设备的差异和环境干扰等因素，常会导致拉曼光谱测量结果偏差。频移校正值的引入，可以准确地校正这种偏差。

3. 方法

纳米技术是实现频移校正值的一种有效方法。具体来说，将纳米颗粒添加到待测试样品中，利用其强烈的散射和吸收等光学特性作为参考，确定被测样品的光学谱线频移，并进而计算出频移校正值。

4. 应用

频移校正值GB/T37984-2019适用于不同类型的拉曼光谱仪器，可帮助用户准确、快速地进行光谱测量和校准，提高分析精度和可靠性，对于材料科学、化学、生物等领域的研究有着重要的应用价值。

5. 总结

纳米技术在拉曼光谱校准中的应用及其标准——频移校正值GB/T37984-2019，为光谱测试提供了一种准确、可靠的校准方法，为材料科学、化学、生物等领域的研究提供了强有力的支持。