JJF 1544-2024 拉曼光谱仪校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范

JJF1544—2024

拉曼光谱仪校准规范

CalibrationSpecificationforRamanSpectrometers

2024-10-19发布2025-04-19实施

国家市场监督管理总局发布

JJF1544—2024

目录

引言

………………………(Ⅱ)

范围

1……………………(1)

引用文件

2………………(1)

术语和定义

3……………(1)

概述

4……………………(2)

计量特性

5………………(2)

校准条件

6………………(3)

环境条件

6.1……………(3)

测量标准及其他设备

6.2………………(3)

校准项目和校准方法

7…………………(4)

外观检查

7.1……………(4)

光谱分辨力

7.2…………(4)

频移重复性

7.3…………(4)

频移示值误差

7.4………………………(4)

强度重复性

7.5…………(5)

横向分辨力

7.6…………(5)

纵向分辨力

7.7…………(6)

横向距离误差

7.8………………………(7)

纵向距离误差

7.9………………………(8)

校准结果表达

8…………(9)

校准记录

8.1……………(9)

校准结果的处理

8.2……………………(9)

复校时间间隔

9…………(9)

附录拉曼光谱仪校准原始记录推荐格式样式

A()………………(10)

附录校准证书内页推荐格式样式

B()……………(13)

附录用标准硅片校准频移示值误差的测量不确定度评定示例

C…(16)

附录用原子谱线灯校准频移示值误差的测量不确定度评定示例

D………………(18)

附录用标准聚苯乙烯校准频移示值误差的测量不确定度评定示例

E……………(20)

附录横向距离误差测量不确定度评定示例

F………(22)

附录纵向距离误差测量不确定度评定示例

G………(25)

Ⅰ

JJF1544—2024

引言

国家计量校准规范编写规则通用计量术语及定义

JJF1071《》、JJF1001《》、

测量不确定度评定与表示共同构成支撑本规范修订工作的基础性系列

JJF1059.1《》

文件

。

本规范参考了拉曼光谱仪通用规范

GB/T40219—2021《》ASTM-E1683-2002

扫描拉曼光谱仪性能测试标准操作规范

(Reapproved2007)《》(Standardpracticefor

testingtheperformanceofscanningRamanspectrometers)。

本规范与相比除编辑性修改外主要技术变化如下

JJF1544—2015,,:

增加了引言内容

———;

扩大了规范的适用范围增加了便携式拉曼光谱仪和手持式拉曼光谱仪

———,;

增加了针对便携式拉曼光谱仪和手持式拉曼光谱仪的计量特性要求

———;

删除相对强度示值误差校准项目增加了强度重复性校准项目

———“”,“”;

针对显微成像式拉曼光谱仪增加了横向分辨力纵向分辨力横向距离误

———“”“”“

差纵向距离误差等校准项目和校准方法

”“”;

根据对校准项目和校准方法的修改对名词术语及测量标准进行了修改

———;

修改了环境条件放宽了温度和湿度要求

———,;

删除第章复校时间间隔中的推荐复校时间间隔

———9“”;

根据上述对校准项目和校准方法的修改对附录中原始记录格式证书内页格

———,、

式和不确定度评定进行了修订见附录附录附录附录附录附录

(A、B、C、D、E、F

和附录

G)。

本规范历次版本发布情况为

:

———JJF1544—2015。

Ⅱ

JJF1544—2024

拉曼光谱仪校准规范

1范围

本规范适用于激光共聚焦显微成像拉曼光谱仪简称显微成像式拉曼光谱仪便

()、

携式拉曼光谱仪和手持式拉曼光谱仪的校准其他类型拉曼光谱仪的校准可参照本规范

。

执行

。

2引用文件

本规范引用了下列文件

:

拉曼光谱仪通用规范

GB/T40219—2021

扫描拉曼光谱仪性能测试标准操作规范

ASTM-E1683-2002(Reapproved2007)

(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术语和定义

界定的以及下列术语和定义适用于本规范

GB/T40219—2021。

拉曼散射

3.1Ramanscattering

单色入射光与介质相互作用后产生不同于原入射光频率的散射光并且相对频移对

,

称分布于入射光频率两侧的现象

。

来源

[:GB/T40219—2021,3.1]

拉曼频移

3.2Ramanshift

入射光绝对波数与散射光绝对波数的差值简称频移单位为-1

,“”,cm。

来源有修改

[:GB/T40219—2021,3.2,]

绝对波数

3.3absolutewavenumber

波长的倒数即每厘米包含的波长数目单位为-1

,,cm。

相对波数

3.4relativewavenumber

激发光的绝对波数减去拉曼散射光的绝对波数单位为-1

,cm。

峰位

3.5peakposition

拉曼散射光谱波峰的中心位置常以相对波数表示单位为-1

,,cm。

拉曼谱峰散射强度

3.6peakintensityofRamanscattering

拉曼光谱仪测量得到的某个拉曼谱峰的信号强度为该峰最高点到该点对应的背景

,

基线的计数差值

。

来源

[:GB/T40219—2021,3.5]

1

JJF1544—2024

光谱分辨力

3.7spectralresolution

拉曼光谱仪分辨两相邻谱峰的能力以所测得的原子谱线的半高宽表示单位

,,

为-1

cm。

来源有修改

[:GB/T40219—2021,3.7,]

空间分辨力

3.8spatialresolution

显微成像式拉曼光谱仪对微小物体的分辨能力分为横向分辨力和纵向分辨力单

,,

位为

μm。

4概述

拉曼光谱仪是一种利用拉曼散射原理测量物质本征振动光谱特性的光谱仪通常可

,

分为显微成像式拉曼光谱仪便携式拉曼光谱仪和手持式拉曼光谱仪

、。

拉曼光谱仪一般由激光光源光学系统滤光器单色器或干涉仪和光电检测

、、、()

器等组成激光光源发出的激光经整形后聚焦于样品表面样品受激光激发后发出带有

。,

自身光谱信息的拉曼散射光散射光由光学系统收集并经滤光器滤除瑞利散射光再由

,,

单色器或干涉仪解析得到拉曼光谱信号

()。

显微成像式拉曼光谱仪通常配备显微镜和自动样品台可对样品进行拉曼成像便

,。

携式拉曼光谱仪和手持式拉曼光谱仪通常不具备成像功能便携式拉曼光谱仪在测量过

,

程中通常需配合便携式计算机使用手持式拉曼光谱仪可独立使用

,。

5计量特性

拉曼光谱仪计量特性要求见表

1。

表1拉曼光谱仪计量特性要求

显微成像式便携式手持式

计量特性参数

拉曼光谱仪拉曼光谱仪拉曼光谱仪

光谱分辨力-1-1-1

≤3cm≤6cm≤12cm

频移重复性-1-1-1

≤0.3cm≤1cm≤2cm

频移示值最大允许误差-1-1-1

±3cm±6cm±6cm

强度重复性

≤5%≤10%≤10%

横向分辨力

≤3μm——————

纵向分辨力

≤6μm——————

W

横向距离最大允许误差±(1μm+1%×)

W为横向距离——————

()

D

纵向距离最大允许误差±(1μm+1%×)

D为纵向距离——————

()

注:以上指标不作为合格性判断标准,仅提供参考。

2

JJF1544—2024

6校准条件

环境条件

6.1

环境温度

6.1.1:(10~30)℃;

相对湿度

6.1.2:≤80%。

测量标准及其他设备

6.2

低压原子谱线灯

6.2.1

低压原子谱线灯如氖灯汞灯氩灯的原子发射谱线的绝对波数值为自然基

(、、)

准可查表得出原子谱线灯用于校准拉曼光谱仪的光谱分辨力和频移

,。。

标准单晶硅片

6.2.2

简称标准硅片用于校准显微成像式拉曼光谱仪的频移和强度其拉曼峰中心

“”,,

频移标准值的扩展不确定度应不大于U-1k

=0.5cm(=2)。

标准聚苯乙烯

6.2.3

标准聚苯乙烯用于校准便携式拉曼光谱仪和手持式拉曼光谱仪的频移和强度其拉

,

曼峰中心频移标准值的扩展不确定度应不大于U-1k

=2.0cm(=2)。

横向检测模体

6.2.4

利用微加工技术在单晶硅片表面镀金属膜层制成金属膜厚不大于用于

,100nm,

校准成像式拉曼光谱仪的横向分辨力和横向距离误差其特征宽度的范围不小于

,(1~

扩展不确定度应不大于UWW为横向距离k

100)μm,=(0.4μm+0.4%)()(=2)。

图所示为两种结构的横向检测模体的正视图和俯视图

1。

ab

()()

图横向检测模体结构示意图

1

纵向检测模体

6.2.5

利用微加工技术在单晶硅片表面刻蚀出沟槽特征制成用于校准成像式拉曼光谱仪

,

的纵向分辨力和纵向距离误差其特征深度的范围不小于扩展不确定

,(1~100)μm,

度应不大于UDD为纵向距离k如图所示

=(0.4μm+0.4%)()(=2),2。

3

JJF1544—2024

图纵向检测模体结构示意图

2

7校准项目和校准方法

外观检查

7.1

拉曼光谱仪以下简称光谱仪应有仪器名称型号出厂编号生产单位及激光

()、、、

器的防护标识等

。

光谱分辨力

7.2

以低压原子谱线灯作为测量标准根据光谱仪的激光波长在光谱仪的测量范围

,,

内选择至少条谱线进行谱线的半高宽测量重复测量次取每条谱线半高宽测量

,3,6,

结果平均值作为该谱线处的光谱分辨力选取原子谱线时应尽量使被测谱线兼顾光谱

。,

仪的低波数和高波数测量范围同时记录光谱仪的激光波长和光栅规格根据公式

,。(1)

计算光谱分辨力

:

6

vi

i=

R=∑1

(1)

6

式中

:

R光谱分辨力-1

———,cm;

v第i次谱线半高宽的测量结果-1

i———,cm。

频移重复性

7.3

校准显微成像式拉曼光谱仪时以标准硅片为测量标准校准便携式拉曼光谱仪和

,;

手持式拉曼光谱仪时以标准聚苯乙烯为测量标准

,。

选取测量标准经标定过的拉曼峰进行测量重复测量次并记录其中心频移值取

,6,

其标准差作为频移重复性同时记录光谱仪的激光波长根据公式计算频移重

,。(2)

复性

:

6

νi-ν2

i=()

s=∑1

1(2)

5

式中

:

s频移重复性-1

1———,cm;

νi第i次频移示值-1

———,cm;

ν频移示值的平均值-1

———,cm。

频移示值误差

7.4

校准显微成像式拉曼光谱仪时以标准硅片和低压原子谱线灯为测量标准校准便

,;

携式拉曼光谱仪和手持式拉曼光谱仪时以标准聚苯乙烯为测量标准

,。

4

JJF1544—2024

测量测量标准的拉曼峰或原子谱线重复测量次并记录其中心频移值取其平均

,6,

值作为测量结果同时记录光谱仪的激光波长根据公式计算频移示值误差

,。(3):

ν=ν-ν

Δ0(3)

式中

:

ν示值误差-1

Δ———,cm;

ν频移示值的平均值-1

———,cm;

ν标准硅片的标准值-1

0———,cm。

强度重复性

7.5

校准显微成像式拉曼光谱仪时以标准硅片为测量标准校准便携式拉曼光谱仪和

,;

手持式拉曼光谱仪时以标准聚苯乙烯为测量标准

,。

将测量标准和仪器固定不动测量其拉曼峰重复测量次并记录其拉曼峰的强度

,,6

示值取其标准差作为强度重复性同时记录光谱仪的激光波长根据公式计算

,,。(4)

强度重复性

:

6

Ii-I2

i=()

s=1∑1×

2100%(4)

I5

式中

:

s强度重复性

2———,%;

Ii第i次强度示值光子数或灰度

———,;

I强度测量结果平均值光子数或灰度

———,。

横向分辨力

7.6

测量x方向的横向分辨力时沿垂直于硅金属边界方向扫描测量横向检测模体

,-,

如图所示扫描步长不大于名义横向分辨力的测量硅-1附近的拉曼峰

3。1/5,520cm。

以距离为横轴峰高为纵轴绘制曲线得到仪器在x方向上的阶跃响应函数曲线如

,,,

图所示将该曲线对距离进行微分得到仪器在x方向上的横向线扩展函数曲线

4。,,

如图所示取该曲线的半高宽作为横向分辨力重复测量次取其平均值作为x

5。,3,

方向上的横向分辨力测量结果同时记录激光波长和物镜放大倍率及数值孔径

。(NA)

值根据公式计算横向分辨力

。(5):

3

ri

L

i=

r=∑1

L(5)

3

式中

:

r横向分辨力

L———,μm;

ri第i次横向分辨力的测量结果

L———,μm。

5

JJF1544—2024

图横向分辨力测量方法示意图

3

图横向分辨力测量阶跃响应函数曲线示意图

4

图横向分辨力测量线扩展函数曲线示意图

5

测量y方向的横向分辨力将横向检测模体旋转沿y方向扫描测量重复上

,90°,,

述步骤即可得到方向的横向分辨力

y。

纵向分辨力

7.7

沿竖直方向扫描测量纵向检测模体