2016 纳米技术 激光共聚焦显微拉曼光谱仪性能测试

GB/T33252—2016

目次

前言

…………………………Ⅰ

范围

1………………………1

术语和定义

2………………1

仪器结构

3…………………1

要求

4………………………2

测试方法

5…………………3

测试报告

6…………………3

附录资料性附录激光共聚焦显微拉曼光谱仪的构成

A()……………5

附录资料性附录激光共聚焦显微拉曼光谱仪校准用标准样品

B()…………………7

附录资料性附录测试报告参考格式

C()………………9

参考文献

……………………11

GB/T33252—2016

前言

本标准按照给出的规则起草

GB/T1.1—2009。

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归口

(SAC/TC279)。

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

:、、、、、、。

Ⅰ

GB/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

。

21

.

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

,。

22

.

拉曼谱线频带峰Ramanlinebandpeak

(,)(,)

构成拉曼光谱的谱线带

()。

23

.

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-1

:cm。

24

.

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

。

25

.

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详细内容参见附录

、,。1。A。

1

GB/T33252—2016

说明

:

激光器

1———;

干涉滤光片

2———;

半波片

3———;

瑞利滤光片

4———;

偏振片

5———;

四分之一波片

6———;

共聚焦针孔

7———;

狭缝

8———;

光栅

9———;

探测器

10———;

显微镜

11———;

样品

12———。

图1常规激光共聚焦显微拉曼光谱仪结构示意图

4要求

41测试条件

.

环境温度为使用温度波动范围不超过相对湿度电源电压及冷却

20℃~25℃,±2℃。≤60%。

水等应符合设备主机及附件要求

。

42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激光

,100∶1。

的线宽不大于标称分辨率的功率的波动不高于

1/20。5%。

2

GB/T33252—2016

43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

,。。

44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

()。

45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

51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

,。

52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在-1-1拉曼光谱扫描范围内进行拉曼频移校准使

B。100cm~4000cm,

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)。

53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处的谱线半高宽为仪器光谱分辨率

———-,585nm。

紫外波段测试汞灯位于处谱线的半高宽为仪器光谱分辨率

———,365nm。

54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

。

-1-1时测量标准物质某一特征峰次以上该拉曼峰位量值的标准偏差为测量重

100cm~4000cm,10,

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

———(、、)、;

3

GB/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。

4

GB/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

A1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

、、()、。

A2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+氪离子+氦氖和氦镉

:,,(Ar),(Kr),-(He-Ne)-

等气体激光器染料激光器等液体激光器

(He-Cd),。

A3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所示调节显微镜使激光通

1。,

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

:

圆形可变大小共聚焦针孔如图所示

a),1;

调控狭缝和像元方式实现可变大小的聚焦针孔

b)“CCD”;

收集光纤芯径形成的大小不能改变的针孔

c)。

A4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激发光路中添加一个半波片

。(),1

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所示

,(A.1):

ρ=σσ.

⊥/∥…………(A1)

式中

:

退偏比

ρ———;

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

1,

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

。

5

GB/T33252—2016

A5光谱仪

.

A51概述

..

光谱仪由光栅和探测器组成光谱仪系统也是一个成像系统样品的测量采样点应该被精确的聚

。,

焦在光谱仪的入口狭缝处光谱仪内部可以采用经过良好光学像差和色差校正的凹面反射镜或者透镜

。

来变换信号

。

A52光栅

..

光栅是光谱仪的核心部件可以将复色光按波长色散开光栅的刻线密度越高色散能力越强因

,。,,

而选择高刻线密度光栅是提高光谱分辨率的一种途径但太高的光栅刻线密度会损失拉曼光谱的单次

。

测试范围以及测量效率

。

A53探测器

..

A531多通道探测器

...

A5311硅基电荷耦合器件CCD探测器

....()

工作波长范围通常在为了充分发挥多通道优势使用大尺寸芯片可以

200nm~1050nm。,CCD

有效提高工作效率但只能在经过平场校正的拉曼光谱仪上才能使用大尺寸否则拉曼信号在

。CCD,

芯片的边缘会产生畸变影响拉曼谱线频带峰波数的精度使用时通常需要冷却以减少

CCD,(,)。CCD

暗噪声以便检测比较弱的拉曼信号噪声水平和读取速度是评价其性能的重要指标

,。。

A5312InGaAs探测器

....

常用来检测近红外波段的拉曼信号和光致发光信号工作波长范围通常为如

,800nm~1600nm。

有必要可选择液氮制冷型的探测器来减少暗噪声以便更好检测弱信号

,InGaAs,。

A5313其他阵列型探测器

....

如光电倍增管阵列互补金属氧化物传感器雪崩二极管阵列等

,,。

A532单通道探测器

...

光电倍增管雪崩二极管等单通道探测器近年来已经较少出现在拉曼光谱仪中但是在快速的拉曼

、,

成像中仍在使用

。

6

GB/T33252—2016

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

仪器校准用标准样品有硫萘苯甲氰环己烷等其拉曼频移见表

、、、,B.1。

5

表B1标准样品拉曼频移参数[]

.

样品名称频移平均值标准偏差-1

±/cm

85.1±2.6

硫153.8±0.50

219.1±0.57

473.2±0.49

513.8±0.31

763.8±0.31

1021.6±0.49

萘1147.2±0.34

1382.2±0.31

1464.5±0.29

1576.6±0.29

3056.4±0.41

460.9±0.73

548.5±0.82

751.3±0.74

767.1±0.59

1000.7±0.98

苯甲氰

1026.6±0.81

1177.9±0.82

1192.6±0.56

1598.9±0.70

2229.4±0.39

3072.3±0.41

384.1±0.78

426.3±0.41

环己烷801.3±0.96

1028.3±0.45

1157.6±0.94

1266.4±0.58

7

GB/T33252—2016

表B1续

.()

样品名称频移平均值标准偏差-1

±/cm

1444.4±0.30

2664.4±0.42

环己烷

2852.9±0.32

2923.8±0.36

2938.3±0.51

8

GB/T33252—2016

附录C

资料性附录

()

测试报告参考格式

测试报告格式见表

C.1。

表C1测试报告参考格式

.

信息记录

测试依据标准及标准号

测试人员

测试日期

测试单位及联系地址和电话

测试仪器以及型号

样品

A

名称和结构式

1

状态如气液固粉末等溶液溶剂和浓度

2a),:、、()、()

颜色如果有

b)()

纯度

3

温度

4

压力如果不是常压

5()

激