GB/T 40219-2021 拉曼光谱仪通用规范

　　ICS 7 1 . 040 . 10 N 53

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40219—2021

　　拉曼光谱仪通用规范

　　GeneralspecificationforRamanspectrometers

　　2021-05-21 发布 2021-12-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 40219—202 1

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准由中国机械工业联合会提出。

　　本标准由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会(SAC/TC 124)归口 。

　　本标准起草单位：福建省计量科学研究院、厦门大学、厦门市普识纳米科技有限公司、福建师范大学、同方威视技术股份有限公司、北京卓立汉光仪器有限公司、北京华泰诺安探测技术有限公司、北京市计量检测科学研究院、中国科学院物理研究所、奥谱天成(厦门)光电有限公司、北京雪迪龙科技股份有限公司、北京北分瑞利分析仪器(集团)有限责任公司、上海如海光电科技有限公司、天美仪拓实验室设备(上海)有限公司、上海仪电分析仪器有限公司、上海市计量测试技术研究院、福州云石科技有限公司、北京华夏科创仪器股份有限公司、浙江同创海诚科技有限公司、屹谱仪器制造(上海)有限公司、励强科技(上海)有限公司、济宁市计量测试所、浙江谱创仪器有限公司、北京鉴知技术有限公司。

　　本标准主要起草人：罗峰、黄伟、刘国坤、曾勇明、陈荣、王红球、张恒、熊胜军、吴红、刘玉龙、刘鸿飞、任斌、韩 汐、高学军、于永爱、张海蓉、卓晓丹、李征、蒋磊、罗荷洲、张新民、黄正义、杜继东、李晓云、孙文、阳杰、陈曦、耿莹莹、郑金。

　　GB/T 40219—202 1

　　拉曼光谱仪通用规范

　　1 范围

　　本标准规定了拉曼光谱仪的术语和定义、分类、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。本标准适用于采用激光为激发光源的拉曼光谱仪(以下简称仪器)，其他光源的仪器可参考执行。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 191—2008 包装储运图示标志

　　GB/T 2829—2002 周期检验计数抽样程序及表(适用于对过程稳定性的检验)

　　GB 4793 . 1—2007 测量、控制和实验室用电气设备的安全要求 第 1 部分：通用要求

　　GB 7247 . 1—2012 激光产品的安全 第 1 部分：设备分类、要求

　　GB/T 34065—2017 分析仪器的安全要求

　　3 术语和定义

　　GB/T 13966—2013 界定的及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　拉曼散射 Ramanscattering

　　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。

　　3.2

　　拉曼位移 Ramanshift

　　入射光绝对波数与散射光绝对波数的差值。

　　注：单位为 cm- 1 。

　　3.3

　　拉曼光谱 Ramanspectrum

　　拉曼散射强度对于拉曼位移的分布。

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　　3.4

　　拉曼光谱仪 Ramanspectrometer

　　用于收集试样的拉曼光谱，并进行检测和分析的仪器。

　　3.5

　　拉曼谱峰强度 peakintensityofRamanscattering

　　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。

　　3.6

　　半高宽 fullwidthathalfmaximum;FWHM

　　以谱峰强度的一半作平行于基线的直线，该直线与谱峰两侧所形成交点之间的波数差值。

　　见图 1 。

　　注：单位为 cm- 1 。

　　图 1

　　3.7

　　光谱分辨率 spectralresolution

　　拉曼光谱仪分辨两相邻谱峰的能力，以所测得的元素灯谱线的半高宽表示。

　　注：单位为 cm- 1 。

　　4 分类

　　仪器按使用环境分为：

　　a) 实验室拉曼光谱仪;

　　b ) 便携式拉曼光谱仪。

　　5 要求

　　5 . 1 仪器正常工作条件

　　5 . 1 . 1 实验室拉曼光谱仪

　　实验室拉曼光谱仪在下列条件下应能正常工作：

　　a) 环境温度：5 ℃ ~35 ℃ ;

　　b) 相对湿度：20%~80% ;

　　c) 交流供电电源：电压 220 V±22 V,频率 50 Hz±1 Hz;

　　d) 室内清洁无尘，避光，排风良好，能平稳地放在工作台上，周围无强烈机械振动和电磁干扰源，无强气流影响;

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　　e) 接地良好。

　　5 . 1 . 2 便携式拉曼光谱仪

　　便携式拉曼光谱仪在下列条件下应能正常工作：

　　a) 环境温度：0 ℃ ~40 ℃ ;

　　b) 相对湿度：20%~85% ;

　　c) 供电电源：交流电源电压 220 V±22 V,频率 50 Hz±1 Hz,直流电源电压变化在 ±20%以内;

　　d) 使用环境无强光直射。

　　5 . 2 功能

　　仪器至少应具有下列功能：

　　a) 激发光开启和关闭功能;

　　b ) 准确显示所采集拉曼光谱图、读取拉曼位移坐标及强度示值等功能;

　　c) 原始光谱数据导出功能，至少包含以下数据导出格式之一：*.txt、*.Excel 或 *.csv。

　　5 . 3 性能指标

　　仪器性能指标要求见表 1 。

　　表 1 性能指标

　　5 . 4 安全要求

　　5 . 4 . 1 防电击要求

　　应符合 GB/T 34065—2017 中第 6 章要求。

　　5 . 4 . 2 激光安全

　　制造商提供的说明书、警示措施、防护措施应符合 GB 7247 . 1—2012 的要求。

　　5 . 5 外观

　　仪器外观应满足下列要求：

　　a) 仪器所有表面不应有脱皮现象;

　　b ) 表面应色泽均匀，不应有明显擦伤、露底、裂纹、气泡现象;

　　c) 外露零部件结合处应整齐，无粗糙不平现象;

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　　d) 面板上的文字、符号、标志应端正清晰耐久。

　　5 . 6 环境适应性

　　按 GB/T 11606—2007 中 2 . 7 环境条件分组，实验室仪器按照 Ⅱ 组，便携式仪器按照 Ⅲ组的条件，分别对仪器进行温度上限、温度下限的试验后，其光谱分辨率和位移准确度应满足 5 . 3 的要求。

　　便携式仪器耐振动试验后应满足 5 . 3 的要求。

　　便携式仪器的静电放电抗扰度、射频电磁场辐射抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌(冲击)抗扰度应符合 GB/T 18268 . 1—2010 中表 1 的要求。

　　5 . 7 运输、运输贮存

　　仪器在运输包装状态下，应根据 GB/T 11606—2007 中表 1 环境条件分组的要求选取运输、运输贮存的试验条件，并按 6 . 12 试验后，包装不应有较大变形和损伤，仪器不应有变形松脱、涂覆层剥落等机械损伤，其光谱分辨率和位移准确度应满足 5 . 3 的要求。

　　6 试验方法

　　6 . 1 试验前准备

　　根据仪器说明书的要求设置仪器参数，如激光波长和功率，物镜，狭缝宽度和光栅刻线等相关条件，激光功率为标称功率或仪器说明书的推荐值。 仪器测试时，应注明环境温度、仪器声明的波数测量范围、激发光波长和功率、狭缝大小、分光系统的光栅刻线数和焦长、采样积分时间等仪器设置条件。 对于共焦显微拉曼光谱仪，还应注明显微物镜、针孔大小等与共焦性能密切相关的仪器参数。

　　如无特别说明，以下 6 . 2~6 . 8 的测试方法要求在上述同等设置条件下进行。

　　6 . 2 试验条件

　　仪器经试验前准备工作后，在下列试验条件下开始性能检验：

　　a) 除非另有规定，试验均应在 5 . 1 所规定的条件下进行，温度波动不应超过 ±2 ℃ ;

　　b ) 仪器在试验前应按照仪器说明书要求进行预热;

　　c) 试验用品：元素灯：氖灯、氩灯、汞灯及其他波段的元素灯等;

　　d) 试验样品：单晶硅(111);单质硫(分析纯)、萘(分析纯)、聚苯乙烯片。

　　6 . 3 功能检查

　　按照 5 . 2 规定，逐条目测和手感检查。

　　6 . 4 光谱分辨率

　　关闭激光器。 在仪器可测量光谱范围内，分别在下限、上限和中间附近选取适当的元素灯特征谱线(参见附录 A示例);将元素灯输出的光经强度衰减后，引入光谱仪的测量光路;近等分选择三条强信号的特征谱线进行测量。 测量并记录元素灯各谱峰的半高宽，重复测量 6 次，取平均值作为在相应激发波长下各波段的分辨率，取其最大值作为仪器的光谱分辨率。

　　6 . 5 位移准确度

　　开启激光器。 按照 6 . 2 中的测试条件，将标准样品置于仪器信号采集探头的聚焦处，根据仪器声明的波数测量范围，测量参考样品的拉曼光谱。 在 50 cm- 1 ~200 cm-1 范围，测量单质硫位于 153 . 8 cm- 1

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　　的拉曼 谱 峰;在 200 cm- 1 ~ 2 000 cm- 1 范 围，测 量 聚 苯 乙 烯 位 于 1 001 . 4 cm- 1 的 拉 曼 谱 峰;在 2 000 cm- 1 ~4 000 cm-1 范围，测量萘位于 3 056 . 4 cm-1 的拉曼谱峰。 记录所选取的特征峰的位移值，重复测量3 次，按公式(1)分别计算相应特征峰的位移测量值与标准位移值(参见附录 B) 之差，取绝对值最大的差值作为仪器的位移准确度。

　　△si=sim -si …………………………( 1 )

　　式中：

　　△si —第 i个位移测量值与标准位移值之差，单位为 cm- 1 ;

　　sim —第 i个位移测量值，单位为 cm- 1 ;

　　si —第 i个标准位移值，单位为 cm- 1 。

　　6 . 6 位移重复性

　　按 6 . 5 中的测试条件，间隔 5 min测量一次，并记录谱峰的位移值，重复测量 3 次，按公式(2) 分别计算各个谱峰的位移重复性，取最大的差值作为仪器的位移重复性。

　　△s=smax - smin …………………………( 2 )

　　式中：

　　△s —位移重复性，单位为 cm- 1 ;

　　smax — 3 次测得的位移最大值，单位为 cm- 1 ;

　　smin — 3 次测得的位移最小值，单位为 cm- 1 。

　　6 . 7 强度重复性

　　按 6 . 5 中的测试条件，间隔 5 min测量一次，并记录特征谱峰强度，重复测量 7 次，按公式(3) 分别计算各个谱峰的强度重复性，取最大值作为仪器的拉曼谱峰强度 30 min 内的重复性。

　　δI =槡

　　式中：

　　δI — 30 min 内的谱峰强度重复性;

　　Ii —第 i次谱峰强度测量值;

　　n —测量次数;

　　I — 7 次谱峰强度测量的平均值。

　　6 . 8 信噪比

　　按 6 . 5 中的测试条件，将单晶硅(111) 置于仪器的样品架上，将激光准确聚焦于硅片上并采集其拉曼光谱;测得的单晶硅(111)二阶(940 cm-1 附近)拉曼峰强度与 1 200 cm- 1 ~1 250 cm-1 范围内基线噪声的最大相邻峰-峰值之比为该次测量的二阶拉曼峰信噪比;测得的单晶硅(111) 三阶( 1 440 cm- 1 附近)拉曼峰强度与 1 570 cm- 1 ~1 620 cm-1 范围内基线噪声的最大相邻峰-峰值之比为该次测量三阶拉曼峰信噪比。 间隔 5 min,重复上述步骤 3 次，按表 1 的分类要求，取 3 次信噪比的最小值作为仪器的信噪比。

　　6 . 9 安全试验

　　6 . 9 . 1 防电击试验

　　按照 GB/T 34065—2017 中第 6 章有关试验方法。

　　GB/T 40219—202 1

　　6 . 9 . 2 激光安全

　　按照 GB 7247 . 1—2012 的有关试验方法。

　　6 . 10 外观检查

　　按照 5 . 5 规定，逐条目测和手感检查。

　　6 . 1 1 环境适应性试验

　　6 . 1 1 . 1 温湿度试验

　　按照 GB/T 11606—2007 中第 4 章、第 5 章和第 7 章进行试验。

　　6 . 1 1 . 2 振动试验

　　按照 GB/T 11606—2007 中第 9 章进行试验。

　　6 . 1 1 . 3 电磁兼容性

　　6 . 1 1 . 3 . 1 静电放电抗扰度

　　按照 GB/T 17626 . 2—2018 规定的接触放电试验程序试验。

　　6 . 1 1 . 3 . 2 射频电磁场辐射抗扰度

　　按照 GB/T 17626 . 3—2016 规定的程序试验。

　　6 . 1 1 . 3 . 3 电快速瞬变脉冲群抗扰度

　　按照 GB/T 17626 . 4—2018 规定的程序试验。

　　6 . 1 1 . 3 . 4 浪涌(冲击)抗扰度

　　按照 GB/T 17626 . 5—2019 规定的程序试验。

　　6 . 12 运输、运输贮存试验

　　仪器在包装状态下，按 GB/T 11606—2007 中第 8 章、第 15 章、第 16 章、第 17 章和 18 章的方法进行试验。

　　7 检验规则

　　7 . 1 检验分类

　　仪器检验分出厂检验和型式检验。

　　7 . 2 出厂检验

　　7 . 2 . 1 出厂检验的项目类别见表 2 。

　　7 . 2 . 2 每台仪器应经检验合格，出厂检验不合格或有不合格项目应返工然后复验。 复验全部项目合格后，方可出厂。

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　　7 . 3 型式检验

　　7 . 3 . 1 检验时机

　　在下列情况之一时进行型式检验：

　　a) 设计定型或生产定型时;

　　b) 仪器转厂或转移生产地时;

　　c) 正式生产后，如结构、材料、工艺有较大改变，可能影响仪器性能时;

　　d) 长期停产，恢复生产时;

　　e) 正常生产时，定期或积累一定产量后，应周期进行一次检验，一般为 3 年 ;

　　f) 国家各级质量监督机构提出进行型式检验要求时;

　　g) 出厂检验结果较上次型式检验有较大差异时。

　　7 . 3 . 2 型式检验项目

　　按表 2 进行，型式检验的样品应从出厂检验合格批中随机抽取。

　　7 . 3 . 3 抽样与判定规则

　　7 . 3 . 3 . 1 型式检验的抽样应符合 GB/T 2829—2002 中 5 . 9 的规定。 采用的不合格质量水平、判别水平、样本和判定数组等要求应在产品标准中规定。

　　7 . 3 . 3 . 2 若型式检验不合格，应分析原因，找出问题并落实措施，重新进行型式检验。 若再次型式检验不合格，则应停产整顿，停止出厂。 待问题解决，型式检验合格后方可恢复出厂检验。

　　7 . 3 . 3 . 3 若型式检验合格，经出厂检验合格的批，作为合格品可出厂或入库。 若入库超过 12 个月再出产，则应重新进行出厂检验。

　　表 2 检验项目与检验分类

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　　8 标志、包装、运输及贮存

　　8 . 1 标志

　　8 . 1 . 1 仪器标志

　　仪器标志应包括：

　　a) 制造厂名称及地址;

　　b ) 仪器名称;

　　c) 仪器型号;

　　d) 商标 ;

　　e) 制造日期、出厂编号;

　　f) 其他重要标志。

　　8 . 1 . 2 包装标志

　　仪器包装标志应包括：

　　a) 制造厂名称及地址;

　　b ) 仪器名称;

　　c) 型号规格;

　　d) 商标 ;

　　e) 仪器质量(单位：kg);体积(长 ×宽 ×高，单位：mm) ;

　　f) 符合 GB/T 191—2008 规定的“易碎物品”“向上”“怕雨”等包装储运图示标志;

　　g) 发货、收货单位名称及地址。

　　8 . 2 包装

　　8 . 2 . 1 仪器包装

　　应符合 GB/T 13384—2008 中防潮、防振包装规定。

　　8 . 2 . 2 随机文件

　　仪器的随机文件应包括：

　　a) 装箱单。

　　b ) 产品合格证。

　　c) 使用说明书(仪器文件中有关安全描述应符合 GB 4793.1—2007 中第 5 章及 GB 7247.1—2012中的有关规定)。说明书至少应包含激光波长、激光线宽、激光功率稳定性、拉曼光谱测量范围等基本信息。

　　d) 备件清单。

　　8 . 3 运输

　　在运输过程中应防止受到剧烈冲击、雨淋、曝晒及辐射。

　　8 . 4 贮存

　　仪器在包装状态下，应贮存在环境温度为 0 ℃ ~40 ℃、相对湿度不大于 85%、空气中不应含有腐蚀性气体的室内。

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　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　低压放电灯谱线示例

　　低压放电灯波长与对应谱线关系参见表 A. 1 。

　　表 A.1 可用汞灯、氩灯或氖灯谱线

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　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　拉曼光谱参考位移值

　　本标准中单质硫、聚苯乙烯、萘的位移参考值引用 自 ASTM E1840-96(2014) 。单质硫拉曼光谱位移参考值参见表 B. 1,聚苯乙烯拉曼光谱位移参考值参见表 B. 2,萘拉曼光谱位移参考值参见表 B. 3 。

　　表 B.1 单质硫拉曼光谱位移参考值

　　B.2

　　聚苯乙烯拉曼光谱位移参考值

　　表 B.3 萘拉曼光谱位移参考值

　　GB/T 40219—202 1

　　参 考 文 献

　　[1] ASTM E1840-96(2014) Standard Guide for Raman Shift Standards for Spectrometer Cali- bration(拉曼光谱仪校准用拉曼位移标准指南)