纳米技术用于拉曼光谱校准的标准拉曼频移曲线

纳米技术用于拉曼光谱校准的标准拉曼频移曲线

国家标准 GB/T36063一2018 纳米技术用于拉曼光谱校准的 标准拉曼频移曲线 Nanotechnologies一RRamanshiftstandardeurveforspeetrometerealibration 2018-03-15发布 2018-10-01实施 中华人民共利国国家质量监督检验检疙总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/36063一2018 目 次 前言 引言 范围 2 规范性引用文件 术语和定义 概述 校准条件 拉曼频移校准 不确定度评定 报告 附录A资料性附录拉曼频移校准曲线测量方法 附录B资料性附录拉曼频移校准曲线报告格式 参考文献
GB/36063一2018 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:计量科学研究院、青岛海检集团有限公司 本标准主要起草人;任玲玲、姚雅萱、高慧芳,王勋龙
GB/T36063一2018 引 言 拉曼光谱技术以其信息丰富,制样简单,对样品无损伤等独特的优点成为纳米科技领域主要测量、 表征手段之一 随着富勒烯、石墨烯及碳纳米管等新材料和MEMs,半导体等高新产业的发展,对材料 微观结构、应力效应的表征和测量需求不断增加,对拉曼频移测量结果准确性的要求也随之增加 比如 拉曼频移与材料的结构密切相关,其微小变化除了用于物质定性,也可反映电荷掺杂情况和形变应力 因此,拉曼频移的校准对拉曼光谱的发展意义重大 本标准的制定,将提供采用标准物质校准拉曼频移的方法,以及校准过程引人的不确定度,为拉曼 频移测量结果的可比、可靠提供依据,促进拉曼光谱在纳米技术等领域的使用和发展 IN
GB/36063一2018 纳米技术用于拉曼光谱校准的 标准拉曼频移曲线 范围 本标准规定了拉曼频移校准曲线的术语和定义、校准条件、拉曼频移校准和不确定度评定 本标准适用于拉曼光谱仪(以下简称仪器)的拉曼频移校准 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 件 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 GB/T33252一2016纳米技术激光共聚焦显微拉曼光谱仪性能测试 术语和定义 GB/T33252一2016界定的术语和定义适用于本文件 概述 拉曼光谱是一种分子散射光谱,当物质收到单色辐射能照射时,由于非弹性散射产生的已调制频率 的光谱 拉曼频移与材料的结构密切相关,其微小变化除了用于物质定性,也可反映电荷掺杂情况和形 变应力,因此拉曼频移需要校准 拉曼光谱仪使用时一般采用单晶硅进行初步校准,目的是检查仪器状 态 进行测量时,需要对整个光栅范围进行多个拉曼频移的线性校准 此时需要建立拉曼频移的校准 曲线,并求出校准曲线的线性相关系数 本标准为拉曼频移测量结果的可比、可靠提供依据,促进拉曼 光谱在纳米技术等领域的使用和发展 校准条件 5.1实验室条件 环境温度为20~25,使用温度波动范围不超过土2C 相对湿度<60%. 5.2仪器预热 测试前打开激光器,预热和稳定时间按仪器说明书进行操作 拉曼频移校准 6.1标准物质选择 选择涵盖待测样品拉曼频移范围的有证标准物质 满足上述条件下,宜选择与待测样品固液态一
GB/T36063一2018 致的拉曼频移标准物质 选择实例参见附录A的A.1 6.2光谱采集 在测量选定的标准物质时,选择与待测样品一致或类似的实验条件,包括激发波长、激光功率、狭缝 大小,波片方向,光栅等 在选择的实验条件下,对选定的标准物质,重复测量3次,数学平均值作为标 准物质拉曼频移测量值 光谱采集实例参见A.2. 6.3拉曼频移校准曲线 以标准物质拉曼频移的测量值为纵坐标,以相对应的标准值为横坐标作图,对所得数据点进行线性 拟合,拟合点数至少为5个,拟合结果如式(1)和式(2)所示,具体校准方法参见A.3 =a十br r)(y 立 .r， y -习 式中 为拉曼频移测量值,单位为每厘米(em-) 为拉曼频移标准值,单位为每厘米(em-'); 拟合直线的截距,单位为每厘米(em-'); -拟合直线的斜率,无量纲; 线性拟合的相关系数,无量纲; -第i次测量拉曼频移测量值,单位为每厘米(cm) y 第i次测量拉曼频懒移标准值,单位为每厘米(emm-1); . 3次测量拉曼频移测量值的平均值,单位为每厘米(e cm; 3次测量拉曼频移标准值的平均值,单位为每厘米(emI) 不确定度评定 7.1标准物质引入的不确定度 标准物质引人的不确定度见式(3): R 一从/" 式中 标准物质拉曼频移的标准偏差; 4公YRM1 校准中拉曼频移测量的次数 7.2校准曲线引入的不确定度 校准曲线y=a十br引人到被测样品结果中的不确定度u如式(4),具体不确定度评定方法参 见A.4 A- H- pl
GB/36063一2018 其中: [A (a十bA] 'm, A vR 式中: -剩余标准偏差,单位为每厘米(em'); 拟合直线的截距,单位为每厘米cm-l); -拟合直线的斜率,无量纲; -待测样品拉曼频移的测量次数,单位为个 -标准物质所有拉曼频移测量的总次数,单位为个; -标准物质拉曼频移测量结果与平均值的二次方和,单位为每二次方厘米(cm-3) S 工 -待测样品拉曼频移的测量平均值,单位为每厘米(cm-); 标准物质所有懒移测量n次的平均值,单位为每厘米(cnm-l); 标准物质第j次测量拉曼频移相对应的标准值,单位为每厘来(cm 1-l); m A 1-1 -标准物质第j次测量的拉曼频移.单位为每厘米(cm Veoy 注;频移校准引人的不确定度是用于被测样品单一谱线的不确定度评定 报告 报告包含但不限于以下信息,参见附录B 仪器设备的型号; a 选用的标准物质及相关信息资料如标准物质证书等 b 实验条件,包括激发波长、激光功率、狭缝大小,波片方向、光栅等; c 重复测量结果; d 校准曲线线性拟合结果及其相关系数; e 使用方法标准的版本号,测量日期,测量单位及测量人员等
GB/T36063一2018 附 录 A 资料性附录) 拉曼频移校准曲线测量方法 拉曼频移校准用标准物质的选择 A.1 以富勒烯测量为例,待测富勒烯来源于新材料与标准凡尔赛组织VersailesProjyeetonAdvanced MaterialsandStandards,VAMAs)的国际比对样品，纯度为0.9999g/g 富勒娇的拉曼频移在273em'1575cm',应选择破(拉曼频移在85cm-'~474em-"')和慕(拉 曼频移在513cem-'~3057em-)两种标准物质 所选标准物质频移范围涵盖了待测样品的频移范 围,参见图A.1 满足上述条件下,待测富勒烯为固体粉末,选择的标准物质硫为块状固体,禁为固体粉末 所选标 准物质与待测样品均为固体 5000o 40000 30000 20000 10000 40o60o8001000120014001600180o 20o 拉曼频移/cm- 说明: 硫; 紫 富勒烯 图A.1拉曼谱图 A.2标准物质拉曼光谱采集 测量硫、茶的拉曼光谱时,宜选择与测量富勒烯一致或类似的实验条件 选择实验条件如下;激发 波长为514.5nm,光栅密度为1800Lines/mm,狭缝宽度100m,聚焦在样品处的激光光斑约为14m 除上述相同的实验条件外,到达样品表面的激光强度和扫描时间略有调整 测量富勒烯时,到达样品表 面的激光强度和扫描时间分别为8mwnmm和30s 测量硫、綦时,到达样品表面的激光强度和扫描 时间分别为39mwmm-'和2s 因为富勒烯的拉曼信号和硫、蔡相比较弱,且到达样品表面的激光过 强易诱发富勒烯的聚合
GB/36063一2018 在选择的实验条件下,对硫、綦重复测量3次,具体测量结果见表A.1 表A.1硫、綦的拉曼频移 测量值/em AsTM标准值 平均值 cmm 153.8 153.4 153.4 153.5 153,4 219,1 218.4 218.4 218,4 218.4 473,.2 472.6 472.5 472.7 472.6 763.8 764.l 764.0 764.2 764.1 1021.6 l021.4 1021.5 1021.5 1021.5 1147.2 1147.5 1147.5 1147.4 1147.5 1382.2 1382.2 1382.2 1382.2 1382.3 1576.6 576.6 1576.5 1576.6 1576.6 842.2 AR A.3拉曼频移校准 以表A.1中硫、茶每个数据点3次测量的平均值为纵坐标,相对应的标准物质标准值为横坐标作 图,如图A.2所示 对所得数据点进行线性拟合,如式(A.1): y=a十b.x (A.1 式中: -拉曼频移测量值,单位为每厘米(cm1); 拉曼频移标准值,单位为每厘米(em'); -拟合直线的戴栗,单位为每厘米(cm 一1); -拟合直线的斜率,无单位 1600 400 200 000 800 600 400 200- 200 400 600 800 100012001400 600 拉曼频移标准值/cm 图A.2拉曼频移校准及线性拟合
GB/T36063一2018 图A.2的线性拟合结果为 y=1.0005r-0.5877; 线性相关系数r=0.997 A.4不确定度评定 以测量富勒烯位于1469.4cm='处的拉曼谱线为例,校准过程引人的不确定度包括两方面,分别是 标准物质引人的不确定度和校准曲线引人的不确定度 标准物质引人的不确定度uM见式(A.2): (A.2 ulRM=4ayRw/m 式中: -标准物质拉曼频移的标准偏差; uyRw -校准中拉曼频移测量的次数 所测的标准物质中,与1469.4emm'最接近的是綦位于1382.2em'的拉曼频移,以该频移的标准 偏差0.31 作为u 对标准物质八条谱线每条分别测量3次,故n=24 cm u=0.31/24=0.01cm" 校准曲线引人的不确定度ul见式(A.3) A AVRM -十 A.3 lplo S 其中 [Avmm Av.)]” a十b" =0.2896 (A.4 n (A.5 M)=5887452.63 Ae, 式中 S -剩余标准偏差,单位为每厘米cm-'); 拟合直线的截距,单位为每厘米(em-); -拟合直线的斜率,无量纲 -待测样品拉曼频移的测量次数,单位为个; 标准物质拉曼频移测量的次数,单位为个; 标准物质拉曼频移测量结果与平均值的二次方和,单位为每二次方厘米cm-3); 工 -待测样品拉曼频移的测量平均值,单位为每厘米(cm-'); 标雅物质所有频移测量"次的平均值,单位为每厘米(cm) 'RM -标准样品第次测量拉曼频移相对应的标准值,单位为每厘米cm-l); A'm 标准物质第次测量的拉曼频移,单位为每厘米(cm') AVe, 对富勒烯1469.4em-'的拉曼频移进行6次测量,故力=6 计算得到u山=0.15cm"
GB/36063一2018 附录 B 资料性附录 拉曼频移校准曲线报告格式 拉曼频移校准曲线的报告格式见表B.1 表B.1拉曼频移校准曲线报告表 样品名称 标准物质 证书编号 或其他依据资料信息 仪器型号 检测范围 激光波长 激光功率密度 实验条件 显微镜物镜 光栅度 扫描范围 积分时间 标准值 测量值 拉曼频移值 拉曼频移校准 线性拟合结果 检测人 检测单位 检测日期
GB/T36063一2018 参 考文献 [1]JF1544一2015拉曼光谱仪校准规范 StandardGuideforRamanShiftStandardsfor [2]AsTME1840一96Reapproved2014) SpectrometerCalibration. [3]EURACHEM/CITAcGudecG4QuantifyingUneertaintyinAnalyticealMeasurement QUAM:2012.