JJF 1818-2020 拉曼光谱仪校准装置校准规范

屮华人民共和国国家计量技术规范

JJF1818—2020

拉曼光谱仪校准装置校准规范

CalibrationSpecificationofCalibrationDeviceofRaman

Spectrometers

2020-01-17发布2020-04-17实施

国家市场监督管理总局发布

JJF1818—2020

拉曼光谱仪校准装置

校准规范JJF1818—2020

CaIibrationSpecificationfor

CaIibrationDeviceofRamanSpectrometer

归口单位：全国医学计量技术委员会

主要起草单位：中国计量科学研究院

参加起草单位：黑龙江省计量检定测试院

江西省计量测试研究院

贵州省计量测试院

本规范委托全国医学计量技术委员会负责解释

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本规范起草人：

定翔（中国计量科学研究院）

汤秀华（黑龙江省计量检定测试院）

衷梦芹（江西省计量测试研究院）

李姜超（中国计量科学研究院）

张吉叙（中国计量科学研究院）

周选超（贵州省计量测试院）

JJF1818—2020

目录

引言II

1范围1

2引用文件1

3术语和计量单位1

3.1拉曼频移1

3.2拉曼散射相对强度1

4概述1

5计量特性1

5.1标准硅片拉曼频移1

5.2标准玻璃相对强度1

6校准条件2

6.1环境条件2

6.2测量标准器及其他设备2

7校准项目和校准方法2

7.1外观检查2

7.2拉曼频移2

8校准结果表达3

8.1校准记录3

&2校准结果的处理3

9复校时间间隔4

附录A5

拉曼光谱仪校准装置校准原始记录（推荐）格式样式5

附录B7

校准证书内页（推荐）格式样式7

附录C9

测量不确定度评定示例9

I

JJF1818—2020

引言

本规范的编写以JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001-2011

《通用计量术语及定义》和JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》为基础

和依据，并主要参考了JJF1544-2015《拉曼光谱仪校准规范》和

ASTM-E1683-2002(Reapproved2007)扫描拉曼光谱仪性能测试标准操作规范

(StandardpracticefortestingtheperformanceofscaingRamanspectrometers)的

规定。

本规范为首次制定。

II

JJF1818—2020

拉曼光谱仪校准装置校准规范

1范围

本规范适用于拉曼光谱仪校准装置的校准。

2引用文件

本规范引用了下列文件：

JJF1544-2015拉曼光谱仪校准规范

ASTM-E1683-2002(Reapproved2007)扫描拉曼光谱仪性能测试标准操作规

范(StandardpracticefortestingtheperformanceofscanningRamanspectrometers)

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引

用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。

3术语和计量单位

JJF1544-2015《拉曼光谱仪校准规范》中规定的及以下术语和定义适用于本

规范。

3.1拉曼频移Ramanshift

拉曼散射光相对于激发光的频率变化，简称“频移”，单位为CHI」。

3.2相对强度relativeintensity

拉曼散射强度相对于最大强度值的归一化结果。

4概述

拉曼光谱仪校准装置由标准硅片、标准玻璃和原子谱线灯组成。

标准硅片在520cm1附近的拉曼峰，用于校准拉曼光谱仪的频移示值误差。

标准玻璃为掺杂有金属氧化物的玻璃，在激光激发下可产生稳定连续的光谱信号,

用于校准拉曼光谱仪的相对强度。原子谱线灯发出的原子谱线是自然基准，用于

校准拉曼光谱仪的光谱分辨力、频移重复性等参数。

5计量特性

5.1标准硅片拉曼频移

520cm'1附近拉曼峰中心频移的扩展不确定度C7W0.5cm」(A=2)。

5.2标准玻璃相对强度

相对强度的扩展不确定度UW5%(A=2)

1

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注：以上指标不作为合格性判断标准，仅提供参考。

6校准条件

6.1环境条件

6.1.1环境温度：（15〜25）°C；

6.1.2相对湿度：W60%。

6.2测量标准及其他设备

拉曼光谱校准装置，具体技术指标要求如下：

1）激光器配置：至少包含一个氨氤激光器；

1

2）拉曼频移：110（〜4000）cm-i,UW1.0cm'（后2）（其中520cm'】处UW

1

0.2cm（^=2））；

3）相对强度：（1%〜100%）,UW3%（B2）o

7校准项目和校准方法

7.1外观检査

通过目视检査，确认拉曼光谱仪校准装置的标准硅片和标准玻璃外观完好,

表面无明显划痕或缺陷。

7.2拉曼频移

选择氨氛激光器作为拉曼光谱校准装置的激光光源，测量标准硅片的一阶拉

1

曼峰（520cm',重复测量6次并记录该峰位的频移值，取其平均值作为

频移测量实际值：

飞血⑴

6

式中：

「一拉曼频移测量结果平均值；

2•—测量次数，片1,2,...,6；

叫一拉曼频移测量值。

7.3相对强度

用拉曼光谱校准装置测量标准玻璃光谱信号的相对强度，按照相对强度最大

值处进行归一化：

2

JJF1818—2020

式中：

Z—相对强度归一化值；

v—拉曼频移；

r—相对强度测量值。

Fmax—相对强度测量值的最大值。

重复测量6次，取平均值：

式中：

7—相对强度平均值；

2•—测量次数，片1,2,...,6；

厶一第i次测量的相对强度归一化值。

按照相对强度平均值最大值处进行归一化，作为相对强度测量实际值:

式中：

Ir—光谱相对强度实际值；

Tmax一光谱相对强度平均值的最大值。

8校准结果表达

8.1校准记录

校准记录推荐格式参见附录Ao

8.2校准结果的处理

校准证书内页推荐格式参见附录B,校准证书应至少包括以下内容：

a）标题："校准证书"；

b）实验室名称和地址；

c）进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；

d）校准证书的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识；

e）客户的名称和地址；

f）被校仪器的描述和明确标识（如型号、产品编号等）；

g）进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校

对象的可接收日期；

3

JJF1818—2020

h）如果与校准结果的有效性应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说

明；

i）校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；

j）本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；

k）校准环境的描述；

l）校准结果及其测量不确定度的说明；

m）对校准规范的偏离的说明；

n）校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识；

o）校准结果仅对被校对象有效的声明；

P）未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。

9复校时间间隔

复校时间间隔由用户根据仪器使用情况、使用者、仪器本身质量等因素自行

决定。

4

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附录A

拉曼光谱仪校准装置校准原始记录（推荐）格式样式

送校单位制造厂

记录编号仪器名

型号出厂编号

环境温度相对湿度

校准地点校准时间

所使用标准装置所依据的规范

校准员核验员

1.外观检查结果：。

2.拉曼频移

测量值/cm-]平均值/cnfi

3相对强度

激光波长：nm

测量值相对强

波数/cm"平均值

123456度

5

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6

JJF1818—2020

附录B

校准证书内页（推荐）格式样式

证书编号：XXXX-XXXX

校准机构授权说明

校准环境条件及其地点：

温度：°C相对湿度：％

地点：其它：

测量标准及其他设备

名称测量范围不确定度/准确度等级证书编号有效期至

/最大允许误差

声明：1、本单位仅对加盖“XXX校准专用章”的完整证书负责。

2、本证书的校准结果仅对所校准器具有效。

第x页共x页

7

JJF1818—2020

证书编号：xxxx-xxxx

校准结果

1.外观检査结果：。

2.拉曼频移校准结果：

11

cm',扩展不确定度：cm'(A=2)=

3.相对强度校准结果

激光波长：nm

波数相对波数相对波数相对

-1_1_1

cm强度cm强度cm强度

相对强度的扩展不确定度为y

-以下空白

第X页共X页

8

JJF1818—2020

附录C

测量不确定度评定示例

C.1拉曼频移测量不确定度评定

C.1.1建立测量模型

用拉曼光谱校准装置测量标准硅片的拉曼频移时，拉曼频移的相对波数等于

激光波数与绝对波数之差，可建立如下测量模型：

式中：

-拉曼光谱频移相对波数；

激光波长的绝对波数；

玖-拉曼光谱的绝对波数。

C.1.2输入量的标准不确定度评定

1)测量重复性引入的不确定度

1

重复测量10次，单次测量结果的实验标准差为0.05cmo实际校准中重复

测量6次，取平均值作为测量结果，测量重复性引入的标准不确定度“1为：

11

^(v)—0.05cm/y/6«0.02cm

2)分辨力引入的不确定度

仪器测量拉曼频移的分辨力为0.01cm,按均匀分布计算，引入的标准不确

定度为：

11

%=0.01cmx0.29«0.003cm

分辨力引入的不确定度远小于重复性引入的不确定度，可忽略。

3)测量仪器引入的不确定度

拉曼光谱校准装置在520cm-1附近的拉曼频移测量不确定度为0.2cnri(B2),

按高斯分布计算，引入的标准不确定度为：

11

“I—0.2cm/2-0.1cm

4)激光波长引入的不确定度

在测量拉曼光谱仪校准装置的拉曼频移时，拉曼光谱校准装置使用氨氛激光

器，其激光波长对应于氛原子谱线的632.81646nmo根据理论计算，该谱线的增

9

JJF1818—2020

益宽度为1500MHz,故激光器频率变化范围小于1500MHzo绝对波数与波长为

1

倒数关系，氨気激光器波长对应的绝对波数为15802.37cm-：

%*c

式中c为光速，按高斯分布计算，贝!］：

=辺=1"10严2=25命=0.025cm-

Lc3xl08m/s

波长引入的标准不确定度为：

WL=0.025cm1

5）均匀性引入的不确定度

均匀性可能导致标准硅片各处测得的拉曼光谱频移有所差异。在整个样品区

域随机取10个点随机测量，每个点重复测量3次，取3次测量平均值作为每个

点的测量结果，结果如下：

表C.1均匀性测试实验结果

测量付詈12345678910

频移/cm"520.35520.21520.27520.69520.44520.46520.37520.29520.22520.31

由于每个样品单独定值，只需考虑样品单元内均匀性引入的不确定度。每个

点的3次测量结果为1组，10组测量结果的组间标准偏差即为样品单元内均匀

性标准偏差。根据贝塞尔公式计算得到标准差为0.14cm1：

引入的标准不确定度“h为：

“h=0.14cm1

6）样品方向引入的不确定度

标准硅片本身的晶向不同可能导致测得的拉曼光谱频移有所差异。以0。、90。、

180。、270。方向和随机选取4个方向进行测量，测量结果如下：

表C.2样品方向测试实验结果

测量方向0°90°180°270°随机1随机2随机3随机4

频移/cm"520.27520.45520.40520.12520.42520.37520.33520.50

1

根据贝塞尔公式计算得到测量结果实验标准差为0.12cm',样品方向引入的

标准不确定度“D为：

“d=0.12cm1

C.1.3合成标准不确定度

10

JJF1818—2020

表C.3不确定度评定一览表

标准不确定度符号不确定度来源标准不确定度数值

«1测量重复性0.02cm1

1

WR测量仪器的分辨力0.003cm(可忽略

WI测量仪器的不确定度0.1cm1

WL激光波长0.025cm-1

«H均匀性0.14cm1

Ud样品方向0.12cm1

各不确定度来源相互独立，且灵敏系数的绝对值均为1,则:

w(v)=(诚+迓+Ul++Upq0.21cm1

c

C.1.4扩展不确定度

扩展不确定度U等于包含因子k与合成标准不确定度“C之积,在此取匕2。

11

U=ku=2x0.21cm«0.5cm(k—2)

c

C.1.5报告结果

由上述测量结果的计算和分析，可得拉曼频移测量结果的扩展不确定度

O0.5cm_1(^=2)o

C.2相对强度测量结果不确定度评定

C.2.1建立测量模型

用拉曼光谱校准装置测量标准玻璃的相对强度时，可建立如下测量模型：

Ir(v)=I(v)/Ima

式中：厶-相对光谱强度实际值；

V-拉曼频移；

相对光谱强度；

Tmax-相对光谱强度的最大值；

11

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C.2.2输入量的标准不确定度评定

1）测量重复性引入的不确定度

重复测量10次，计算得到单次测量结果的实验标准差si。根据重复性测试

结果，相对强度单次测量的实验标准差不大于2%。实际校准中，重复测量6次，

取平均值作为测量结果，重复性引入的不确定度为wi（y）：

“1=$1/“=2%/苗；《0.8%

2）测量仪器引入的不确定度

根据上级校准证书，拉曼光谱校准装置的相对强度测量不确定度为3%（A=2）o

按高斯分布计算，仪器引入的标准不确定度为：

u—3%/2=1.5%

s

3）均匀性引入的不确定度

均匀性可能导致标准玻璃各处测得的拉曼光谱相对强度有所差异。在整个样

品区域随机取6个点进行测量，每个点重复测量3次，取3次测量平均值作为每

个点的测量结果。

由于每块标准玻璃单独定值，只需考虑样品单元内均匀性引入的不确定度。

每个点的3次测量结果为1组，6组测量结果的组间标准偏差即为样品单元内均

匀性标准偏差。根据实验结果计算，组间测量结果的标准偏差不大于l%o因此，

均匀性引入的标准不确定度“H为：

“H=1%

4）温度效应引入的不确定度

材料受温度影响其拉曼相对峰强分布可能发生变化。标准玻璃的使用温度范

围为（15〜25）°C。分别在15°C、17°C、19°C、21°C、23°C、25°C下测量标准玻

璃的相对强度，测量结果的标准偏差不大于l%o因此，温度效应引入的标准不

确定度“T为：

wt=1%

C2.3合成标准不确定度

12

JJF1818—2020

表C.4不确定度评定一览表

标准不确定度符号不确定度来源标准不确定度数值

测量重复性0.8%

«1

测量仪器1.5%

WS

均匀性1%

WH

温度效应1%

WT

W(v)—J+Wg++z/jq2.1/^o

c

C2.4扩展不确定度

扩展不确定度£7等于包含因子k与合成标准不确定度uc之积,在此取B2。

U=2xc«5%(k=2)

C.2.5报告结果

由上述测量结果的计算和分析，可得拉曼光谱相对强度测量结果的扩展不确

定度*5%伙=2)。

13