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拉曼光谱仪性能参数评价标准

发布时间:2022-08-08 11:03:29 浏览量:1919 作者:Leon

摘要

中国国家标准《拉曼光谱仪通用规范》的制定是国家标准化管理委员会[2018]83号《第四批自愿性国家标准制定与修订方案》的研究项目之一。目前,该标准由SAC于2021年5月1日批准发布,包含GB/T 40219-2021[13]多项,并于2021年12月1日实施。

正文


拉曼光谱仪性能参数评价标准


在不同的应用场下,拉曼光谱仪的性能是否足以满足用户的需求是很难确定的。提出统一的评价方法和标准,对开展拉曼光谱仪的标准化研究具有重要意义。针对不同的应用场景,拉曼光谱仪在外观、结构、测量方式、扩展功能等方面存在较大差异。无论哪种方法,拉曼测量的目的都是为了获得样品的拉曼光谱,如拉曼位移、强度和光谱形状。以成像拉曼系统为例,光谱成像是通过显微镜和自动机械平台对一定区域内的样品进行逐点测量来实现的。最后通过数据处理建立光谱图像。每个测点的信号对应离散的拉曼光谱,这使得我们也可以通过检查指定测点的光谱来科学地评估关键技术性能指标。


因此,拉曼光谱仪的关键技术指标往往是能反映所获得的拉曼信号质量的指标,尤其是对微弱信号的处理能力。因此,国家标准的研究重点是光谱分辨率、位移精度、位移重复性、强度重复性和信噪比等关键技术指标的确定和测试方法。


考虑到拉曼光谱仪各部件的性能要求是厂商根据其技术水平、产品定位和设计确定的,采购前都经过检验,因此本标准侧重于拉曼光谱仪的整体性能,而不是对各部件性能的评估。


1. 光谱分辨率

分辨率是指光谱仪能够分辨的相邻峰的最小波数间隔,是光谱仪最重要的指标之一。通过测量元件灯(如霓虹灯、氩灯或汞灯)的光谱线,将光谱线的半最大值全宽(FWHM)作为拉曼光谱仪在每个波数范围内的分辨率。峰值半高宽的计算方法如图3所示,也可以通过高斯拟合得到。


2. 移频精度

移频精度是光谱仪对样品的波数移频进行精确测量的一种性能,是拉曼光谱定性分析的基础。位移精度主要取决于激光器的光学设计和激发激光器的线宽。国标采用波数偏移确定的基准物质(单质硫、萘、聚苯乙烯,见表2)进行偏移精度检测。


3. 拉曼位移可重复性

拉曼位移的稳定性是指对样品的某一拉曼位移测量的再现性。国家标准通过多次重复测量指定标准物质的特征峰来检验位移重复性。


4. 强度可重复性

拉曼信号的强度重复性是拉曼光谱仪定量分析的基础,它与激发光性能、光路和探测器的稳定性有关。国家标准通过每隔一定间隔测量同一样品特征峰的强度,综合评价强度重复性。


5. 信噪比

拉曼散射是一种微弱的信号。微弱信号的检测能力直接影响获得的拉曼光谱的质量。由于噪声的高低是由探测器的材料、工艺、冷却效率以及光学设计等多种因素决定的,因此本标准通过从某一微弱信号中获得的拉曼光谱的质量来评估光谱仪的信噪比,而不是单独评估光谱仪的各个相关部件。即利用单晶硅的二阶或三阶谱峰进行信噪比测试。


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