基于拉曼相对强度标准物质的光谱仪校准方法

使用标准物质校准拉曼相对强度的主要步骤包括标准物质的选择、标准物质光谱采集、拉曼相对强度校准和不确定度评定四个部分，本小节以不同激发波长拉曼光谱仪测量环己烷样品为例，简单介绍拉曼光谱相对强度的校准过程，具体过程可参见国内外标准ASTM E2911—2013《拉曼光谱仪相对强度校正的标准指南》和T/CSTM 00159—2020《便携式拉曼光谱仪校准方法》，中国计量科学研究院目前正在进行相关国家标准的实验准备和申报工作。

在标准物质的选择方面，宜选择与待测样品激发波长一致的标准物质。本次选择激发波长分别为514.5nm和785nm的不同激发波长标准物质。

在标准物质光谱采集方法，标准物质与待测样品宜选择一致或类似的实验条件，包括激发波长、激光功率、狭缝大小、波片方向、光栅等。

以标准物质拉曼频移为横坐标，将标准物质拉曼相对强度归一化的测量值与标准值的比值R作为纵坐标作图，即得到相对强度校准曲线

（3-28）

式中　ISRM——拉曼相对强度标准值，量纲为1；

IRM——拉曼相对强度测量值，量纲为1。

环己烷实测的拉曼谱线与相对强度校准曲线的比值归一化之后得到校准后的环己烷标准拉曼光谱。校准过程引入的不确定度包括标准物质引入的不确定度和校准曲线引入的不确定度两个方面，即

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（3-29）

式中　uSRM——标准物质拉曼相对强度标准值的不确定度，量纲为1；

uRM——标准物质拉曼相对强度测量值的不确定度，量纲为1。

拉曼相对强度校准前后环己烷的拉曼光谱见图3-15。从图中可以看出，未经相对强度校准的拉曼光谱缺乏可比性。以环己烷位于800cm－1处拉曼特征峰的强度值为1进行归一化，位于2850cm－1处拉曼特征峰的相对强度值在使用514.5nm的激发波长时约为0.7，而在使用785nm的激发波长时约为0.2，相差超过3倍。在进行相对强度校准后，仍以环己烷位于800cm－1处的拉曼特征峰强度值进行归一化，位于2850cm－1处拉曼特征峰的相对强度值在使用514.5nm和785nm的激发波长时均为1.4，其拉曼相对强度保持一致。

图3-15　拉曼相对强度校准前后环己烷的拉曼光谱

（a）校准前；（b）校准后

综上所述，使用标准物质对于拉曼光谱仪进行校准，可以确保测量结果的准确可靠。对科研院所和企事业单位的各实验室拉曼光谱用户来说，建议选用具有国家标准物质证书的拉曼频移和相对强度标准物质，建立拉曼特性量值测量值与标准值的校准曲线。使用标准物质进行校准的主要步骤包括标准物质的选择、标准物质光谱采集、校准曲线的获得和不确定度评定四个部分。