ICS17.180.30 N35 中华人民共和国国家标准 GB/T33252—2016 纳米技术 激光共聚焦显微拉曼光谱仪 性能测试 Nanotechnology—Performancetestingforlaserconfocalmicroscope Ramanspectrometers 2016-12-13发布 2017-07-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布目 次 前言 Ⅰ ………………………………………………………………………………………………………… 1 范围 1 ……………………………………………………………………………………………………… 2 术语和定义 1 ……………………………………………………………………………………………… 3 仪器结构 1 ………………………………………………………………………………………………… 4 要求 2 ……………………………………………………………………………………………………… 5 测试方法 3 ………………………………………………………………………………………………… 6 测试报告 3 ………………………………………………………………………………………………… 附录A(资料性附录) 激光共聚焦显微拉曼光谱仪的构成 5 …………………………………………… 附录B(资料性附录) 激光共聚焦显微拉曼光谱仪校准用标准样品 7 ………………………………… 附录C(资料性附录) 测试报告参考格式 9 ……………………………………………………………… 参考文献 11 ……………………………………………………………………………………………………GB/T33252—2016 前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国科学院提出。 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:中国计量科学研究院、中国科学院半导体研究所、厦门大学、广州计量测试研究 院、堀场(中国)贸易有限公司。 本标准主要起草人:任玲玲、谭平恒、任斌、高思田、定翔、王海燕、濮玉梅。 ⅠGB/T33252—2016 纳米技术 激光共聚焦显微拉曼光谱仪 性能测试 1 范围 本标准规定了激光共聚焦显微拉曼光谱仪的术语和定义、仪器结构、技术要求、测试方法等。 本标准适用于以连续激光为激发光源,具有单级、二级或三级光谱仪的色散型共聚焦显微拉曼光谱 仪(以下简称仪器)。 本标准不适用于傅立叶变换拉曼光谱仪等非色散型拉曼光谱仪和基于脉冲激光光源的拉曼光 谱仪。 2 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 2.1 拉曼光谱 Ramanspectrum/spectra 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。 2.2 拉曼谱线(频带,峰) Ramanline(band,peak) 构成拉曼光谱的谱线(带)。 2.3 拉曼频移 Ramanshift 拉曼谱线(带)的波数相对于入射单色光束波数的位移。 注:单位为cm-1。 2.4 共聚焦 confocal 光路(激发和发射)在两个位置上聚焦。在共聚焦扫描仪中,激发光聚焦在样品点表面,而发射光聚 焦在针孔上。 2.5 激光共聚焦显微拉曼光谱仪 laserconfocalmicroscopeRamanspectrometer 以激光为激发光源,将拉曼光谱分析技术与显微分析技术结合起来的一种光谱仪。 3 仪器结构 从激光器发出的激光经干涉滤光片到达样品表面激发样品,激发光经瑞利滤光片及共聚焦针孔、狭 缝、光栅,最后到达探测器探测拉曼信号。仪器结构示意图见图1。详细内容参见附录A。 1GB/T33252—2016 说明: 1———激光器; 2———干涉滤光片; 3———半波片; 4———瑞利滤光片; 5———偏振片; 6———四分之一波片; 7———共聚焦针孔; 8———狭缝; 9———光栅; 10———探测器; 11———显微镜; 12———样品。 图1 常规激光共聚焦显微拉曼光谱仪结构示意图 4 要求 4.1 测试条件 环境温度为20℃~25℃,使用温度波动范围不超过±2℃。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。 4.2 激光器 由于拉曼光谱特殊性的要求,激光共聚焦显微拉曼系统采用的激光器偏振比不低于100∶1。激光 的线宽不大于标称分辨率的1/20。功率的波动不高于5%。 2GB/T33252—2016 4.3 探测器 为了获得更低的暗噪声,可选择使用半导体致冷或液氮致冷两种方式的探测器。如果探测器不能 被致冷到正常工作温度附近,需要联系厂商。探测器的噪声水平还决定于读出噪声等其他来源。 4.4 校准 拉曼光谱仪使用时根据需要进行单一波数校准或线性校准(大范围多波数的校准)。 4.5 光谱采集设置 光谱采集至少应包括: ———激发波长; ———激光功率; ———聚焦激发光到目标采样点; ———共聚焦针孔尺寸; ———狭缝。 5 测试方法 5.1 测试准备 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。 5.2 校准 单一拉曼频移校准可采用标准光源谱线或标准样品如单晶硅片、金刚石等,使实测值与参考值一 致;对于拉曼频移线性校准,可采用具有足够多谱线的标准低压散光源(如低压汞灯,氩灯及氖灯等)谱 线或选用标准样品参见附录B。在100cm-1~4000cm-1拉曼光谱扫描范围内进行拉曼频移校准,使 实测多谱线量值与参考标准谱线呈线性(线性相关系数r≥0.98)。 5.3 光谱分辨率 光谱分辨率测试与激发激光波段和光谱仪性能相关。对于不同波段分辨率测试分别采用如下 方法: ———可见-近红外波段,测试氖灯位于585nm处的谱线半高宽为仪器光谱分辨率。 ———紫外波段,测试汞灯位于365nm处谱线的半高宽为仪器光谱分辨率。 5.4 重复性 利用标准物质或者标准样品来检查光栅扫描时拉曼频移的重复性。在拉曼光谱扫描范围 100cm-1~4000cm-1时,测量标准物质某一特征峰10次以上,该拉曼峰位量值的标准偏差为测量重 复性。 6 测试报告 报告内容应包含以下信息: ———测试依据标准编号; ———测试样品信息(物理态、浓度、几何形貌等)、品种和编号; 3GB/T33252—2016 ———测试人员及日期; ———测试单位及联系地址和电话; ———测试所用仪器以及型号; ———测试条件,包括光谱仪型号、光谱仪焦长、所用光栅的刻线密度、激光波长和到达样品表面的激 光功率、积分时间、共聚焦孔径大小、各狭缝宽度、散射配置、仪器光谱响应修正状态、探测器 型号; ———测试结果,包括光谱分辨率和重复性; ———测试中出现的异常; ———测试中未按本标准规定的操作步骤。 测试报告格式参见附录C。 4GB/T33252—2016 附 录 A (资料性附录) 激光共聚焦显微拉曼光谱仪的构成 A.1 激光共聚焦显微拉曼光谱仪的构成 激光共聚焦显微拉曼光谱仪由激光器、光路系统、偏振系统(可选)、光谱仪等构成。 A.2 激光器 拉曼光谱测量要求采用单色性激光作为激发源,且单色光的线宽要远小于仪器光谱分辨率1/20。 常用的激光器有:固体激光器,半导体激光器,氩离子(Ar+),氪离子(Kr+),氦-氖(He-Ne)和氦-镉 (He-Cd)等气体激光器,染料激光器等液体激光器。 A.3 光路系统 采用单级单色器的拉曼光谱仪常规的背散射收集光路示意图如图1所示。调节显微镜,使激光通 过显微物镜聚焦在所需测试的样品点上,激光激发样品所产生的拉曼信号再通过同一个显微物镜接收 并进入光谱仪。收集到的信号在进入光谱仪之前需要使用拉曼滤光片来滤除瑞利线。共聚焦通常可以 通过三种方式实现其功能: a) 圆形可变大小共聚焦针孔,如图1所示; b) 调控“狭缝和CCD像元”方式实现可变大小的聚焦针孔; c) 收集光纤芯径形成的大小不能改变的针孔。 A.4 偏振系统 对于具有各向异性特点的样品,通常需要在不同的偏振配置下测量其拉曼光谱来表征样品的结构 对称性。对于无规取向样品(如澄清液体)的简单偏振测量,只需要在图1激发光路中添加一个半波片 来改变激光的偏振方向,然后通过收集光路偏振片的取向来收集不同偏振状态的拉曼信号。也可将该 片置于激发和收集光路的共同部分。某一个拉曼谱线(频带,峰)的退偏比是根据其垂直和水平分量的 强度比值来计算,如式(A.1)所示: ρ=σ⊥/σ∥ …………………………(A.1) 式中: ρ———退偏比; σ⊥———拉曼垂直分量强度; σ∥———拉曼水平分量强度。 四分之一波片放置位置如图1所示,它可把偏振片所选择的线偏振拉曼信号转化为圆偏振的拉曼 信号,然后经光谱仪分析。这样可避免因光栅对不同偏振光的响应差异而造成的来自于光谱仪的退偏 效应。 5GB/T33252—2016