红外标准滤光器校准规范

JJF1750—20191红外标准滤光器校准规范1范围本规范适用于色散型红外分光光度计检定用标准滤光器及傅立叶变换红外光谱仪校准用标准滤光器的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:JJG681—1990色散型红外分光光度计检定规程JJF1032—2005光学辐射计量名词术语及定义JJF1317—2011液相色谱-质谱联用仪校准规范JJF1319—2011傅立叶变换红外光谱仪校准规范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3.1红外辐射infraredradiation本规范中指波长为(2.5~300)μm的光辐射,其对应波数范围(4000~33)cm-1。3.2波数wavenumber波长(符号为λ)的倒数为波数(符号为υ),计量单位是cm-1。3.3红外波长标准滤光片infraredwavelengthstandardfilter以红外波段吸收峰或透射峰对应的波长(或波数)来传递波长(或波数)量值的标准滤光片,其主要计量技术指标为波长或波数,计量单位μm或cm-1。3.4红外透射比标准滤光片infraredtransmissionstandardfilter用于传递红外波段光谱透射比的标准滤光片,其主要参数为光谱透射比(符号为τ),量纲是1。3.5红外杂散辐射标准滤光片infraredstraylightstandardfilter用于评价仪器红外波段截止区中杂散辐射相对量的标准滤光片,其性能以截止区光谱透射比表示,量纲是1。本规范中的杂散辐射参见JJF1032—2005中4.83异色杂散辐射的定义。4概述红外标准滤光器是用于检定或校准红外光谱仪的波长、透射比和杂散辐射的计量标准器具。常用红外标准滤光器分为红外波长标准滤光片(聚苯乙烯薄膜滤光片),红外透射比标准滤光片(中性透射比标准滤光片、旋转扇形盘),红外杂散辐射标准滤光片(熔JJF1750—20192石英滤光片、氟化锂滤光片、氟化钙滤光片、氯化钠滤光片、溴化钾滤光片)。熔石英滤光片截止波段为(2050~1200)cm-1;氟化锂滤光片截止波段为(1140~800)cm-1;氟化钙滤光片截止波段为(760~450)cm-1;氯化钠滤光片截止波段为(410~250)cm-1;溴化钾滤光片截止波段为(240~200)cm-1[JJG681—1990,11.3]。5计量特性5.1红外波长标准滤光片5.1.113个特征峰的峰值位置13个特征峰为3082cm-1,3060cm-1,3026cm-1,3001cm-1,2850cm-1,1601cm-1,1583cm-1,1154cm-1,1069cm-1,1028cm-1,906cm-1,842cm-1,544cm-1附近的吸收峰[JJF1319—2011,附录B]。5.1.213个特征峰的最大年变化量≤0.50cm-1。5.1.3在3400cm-1~3300cm-1波段范围内光谱曲线平直度≤0.015。5.2红外透射比标准滤光片5.2.1红外中性透射比标准滤光片透射比年变量≤0.004。5.2.2旋转扇形盘透射比示值偏差的绝对值≤0.003。5.3红外杂散辐射标准滤光片红外杂散辐射标准滤光片见表1。表1红外杂散辐射标准滤光片类别熔石英氟化锂氟化钙氯化钠溴化钾波数①(cm-1)1625970605400220透射比≤0.001≤0.003≤0.01≤0.02≤0.002透射比年变化量≤0.0002≤0.0004≤0.002≤0.004≤0.0007波数②(cm-1)3650 ③ 40004000透射比≥0.80 ≥0.76≥0.70①测量截止区透射比所对应波数;②测量非截止区透射比所对应波数;③代表无要求。注:以上指标不是用于合格性判别,仅供参考。6校准条件6.1环境条件校准的环境温度为(23±5)℃,相对湿度不大于65%RH,环境中不应有影响红外标准滤光器的腐蚀性气体。6.2测量标准及其他设备红外标准滤光器校准装置应具备以下性能:要求测量的光谱范围至少应覆盖开展工JJF1750—20193作所需要的光谱范围,波数分辨力不超过0.1cm-1,波数示值误差优于±0.15cm-1;透射比示值误差优于±0.001;杂散辐射水平优于0.0001。7校准项目和校准方法7.1外观红外标准滤光器工作表面要求平整、清洁、无裂纹、条纹、气泡、斑点、划痕、折痕等缺陷。对于易于潮解的红外标准滤光器,应当在外包装中存放干燥剂。红外标准滤光器最小有效测试区域直径不小于Φ10mm。7.2红外波长标准滤光片的校准利用红外光谱光度校准装置,开机预热至少半小时(或按照设备要求预热)。a)校准设备的波长范围设置为4000cm-1~400cm-1,波数分辨率为4cm-1,累计扫描次数不低于64次,以空气为参比,扫描100%本底透射比。b)在测量样品位置放置被校红外波长标准滤光片,测量并记录光谱透射比曲线。c)查找位于3082cm-1,3060cm-1,3026cm-1,3001cm-1,2850cm-1,1601cm-1,1583cm-1,1154cm-1,1069cm-1,1028cm-1,906cm-1,842cm-1,544cm-1附近的吸收峰,并记录峰位置。d)对于后续校准,按式(1)计算特征峰的最大年变化量Δv=maxΔvii=1,…,13=maxvi-v'ii=1,…,13(1)式中:Δv—13个特征峰的最大年变化量;Δvi—第i个特征峰的波数年变化值;vi—第i个特征峰的波数实际测量值;vi'第i个特征峰的波数去年测量值。e)在光谱透射比曲线上,选取3400cm-1~3300cm-1波段范围,按式(2)计算3400cm-1~3300cm-1波段范围内的光谱透射比平直度。如图1所示。式中:τp—光谱透射比平直度;式中:τp—光谱透射比平直度;τmax—3400cm-1~3300cm-1波段范围内的最大光谱透射比;τmin—3400cm-1~3300cm-1波段范围内的最小光谱透射比。4透射比%透射比%波数/cm-17.3红外透射比标准滤光片的校准a)对于中性透射比标准滤光片，根据7.2波长标准滤光片校准方法测出的光谱透射比曲线，记录波长及对应的透射比。b)对于后续校准，按式(3)计算透射比年变化量。△rv——波数v处透射比年变化量；rv——波数v处透射比测量值；r′——波数v处透射比去年测量值。对于旋转扇形盘，采用附录A所示的装置进行透射比校准。测量方法：开机，预热至少半小时(或按照设备要求预热),在未放入被测样品时，以空气为背景，同时读取主探测器信号S1和监测探测器信号S2;放入被测样品后，同时读取主探测器信号S8和监测探测器信号S4,利用式计算出样品透射比。在进行旋转扇形盘透射比测量前建议先采用经过校准过的标称值为10%和50%的标准滤光片对设备进行校准。示值偏差按式(4)计算。△rs——旋转扇形盘示值偏差；Tmeas——旋转扇形盘透射比实际测量值；JJF1750—20195τstd—旋转扇形盘透射比标称值。7.4红外杂散辐射标准滤光片的校准利用红外光谱光度校准装置,开机,预热至少半小时(或按照设备要求预热)。对于熔石英、氟化锂、氟化钙、氯化钠杂散辐射标准滤光片的校准,可根据7.2波长标准滤光片校准方法测出的光谱透射比曲线,依据表1记录对应波长及该波长所对应的透射比。对于氯化钠、溴化钾杂散辐射标准滤光片的校准,校准设备的波长范围建议设置为600cm-1~100cm-1,其他可参照7.2波长标准滤光片校准方法测出的光谱透射比曲线,依据表1记录对应波长及该波长所对应的透射比。8校准结果表达校准结果应在校准证书上反映。校准证书应至少包括以下信息:a)标题,如“校准证书”或“b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点;d)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)送校单位的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;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,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,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;1)校准结果及其测量不确定度的说明;m)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识,以及签发日期;n)校准结果仅对被校对象有效的声明;o)未经实验室书面批准,不得部分复制证书或报告的声明。9复校间隔时间建议红外标准滤光器的校准周期为1年。6附录A旋转扇形盘透射比测量装置图A.1测量装置的原理示意图一路被监测探测器接收。为避免拍频影响，系统中不器和监测探测器应当采用性能尽可能一致的同种探测器。JJF1750—20197附录B红外波长标准滤光片校准记录格式原始记录编号证书编号仪器名称型号/规格制造厂出厂编号送检单位电话地址联系人校准依据受样日期检测地点校准日期校准使用的器具编号标准器具证书号标准器具有效期至实验室环境条件温度:℃湿度:%RH1.外观:2.峰位置(单位:cm-1):吸收峰编号峰值位置上年测量值年变化量吸收峰编号峰值位置上年测量值年变化量18293104115126137最大年变化量3.3400cm-1~3300cm-1,透射比平直度:校准结果不确定度描述:备注:校准员:核验员:JJF1750—20198附录C红外透射比标准滤光片校准记录格式原始记录编号证书编号仪器名称型号/规格制造厂出厂编号送检单位电话地址联系人校准依据受样日期检测地点校准日期校准使用的器具编号标准器具证书号标准器具有效期至实验室环境条件温度:℃湿度:%RH□旋转扇形盘校准结果不确定度描述:1.外观:2.旋转扇形盘透射比示值偏差:标称透射比实测透射比示值偏差0.100.50□中性透射比标准滤光片校准结果不确定度描述:1.外观:2.中性透射比标准滤光片透射比年变化量:波长/cm-1实测透射比上年测量值年变化量4000300020001000500校准员:核验员:9附录D红外杂散辐射标准滤光片校准记录格式原始记录编号证书编号仪器名称型号/规格制造厂出厂编号送检单位电话地址联系人校准依据受样日期检测地点校准日期校准使用的器具编号标准器具证书号标准器具有效期至实验室环境条件温度:℃湿度:%RH1.外观:2.透射比测量结果:类别截止区透射比所对应波长/cm-1实测结果年变化量非截止区透射比所对应波长/cm-1实测结果熔石英16253650氟化锂970 氟化钙605——氯化钠4004000溴化钾2204000校准结果不确定度描述:备注:校准员:核验员:JJF1750—201910附录E红外波长标准滤光片校准证书/校准结果通知书内页推荐格式1.外观检查:2.3400cm-1~3300cm-1范围内透射比平直度:3.13个特征峰波长最大年变化量:cm-1表113个特征峰波长位置及年变化量吸收峰编号峰值位置年变化量吸收峰编号峰值位置年变化量18293104115126137校准结果不确定度描述:校准员:核验员:11附录F红外透射比标准滤光片校准证书/校准结果通知书内页推荐格式旋转扇形盘:1.外观:2.旋转扇形盘透射比测量结果标称透射比实测透射比示值偏差0.100.50中性透射比标准滤光片:1.外观:2.中性透射比标准滤光片透射比测量结果:波长/cm-1实测透射比年变化量4000300020001000500校准员:核验员:12附录G红外杂散辐射标准滤光片校准证书/校准结果通知书内页推荐格式1.外观:2.透射比测量结果:类别截止区透射比所对应波长cm-1实测结果年变化量非截止区透射比所对应波长cm-1实测结果熔石英16253650氟化锂970 氟化钙605 氯化钠4004000溴化钾2204000校准员:核验员:JJF1750—201913附录H红外标准滤光器测量不确定度评定示例H.1波长标准滤光片校准结果不确定度评定H.1.1测量模型式中:ν=νm+Δνmν—红外波长标准滤光片的波数校准值;νm—波数测量仪器示值;Δνm—波数测量仪器示值的修正值。量仪Δ性以及波长标准滤光片两表面间干涉效应的影响。以红外波长标准滤光片为例,影响波数测量不确定度的因素主要有:H.1.2校准装置波数准确度(u1)可以采用简单气体分子的吸收谱线法(如利用大气中的水汽和二氧化碳的多条吸收谱线)检测标准装置的波长准确度。经测算,由校准装置波数准确度带来的波数值的标准不确定度:u1=0.130cm-1。H.1.3校准装置波数重复性(u2)可通过对同一红外波长标准滤光片进行多次测量来估计校准装置波数重复性对测量结果的影响。H.1.测:u2=0.037cm-1。在常规的色散测量系统中光谱带宽是其中一项影响测量结果的重要指标,该指标类同与傅立叶变换光谱仪中的分辨率指标。由于波长标准滤光片吸收峰可能存在的不对称性,当校准装置选用不同的光谱分辨率时,得到的吸收峰的峰底波数位置可能不同。H.1.测:u3=0.070cm-1。杂散信号是系统中的非有效输出信号,包括:由于环境屏蔽不好造成的漏光;系统处于非绝对零度的环境中,校准装置中的每一样器件均会对探测器发射红外辐射等。H.1.测:u4=0.003cm-1。当采用扫描测量的方法测量吸收峰峰值位置时,需考虑校准装置基线扫描平直度对测量结果的影响。经测算,由校准装置基线平直度带来的波数值标准不确定度:u5=0.0001cm-1。JJF1750—201914式中:τ=τm+Δτm式中:τ=τm+Δτmτ—红外透射比标准滤光片的透射比校准值;τm—透射比校准装置示值;Δτm—透射比校准装置示值的修正值。量仪匀性、稳定性以及与校准装置光学器件互反射的影响。以红外中性透射比滤光器为例,影响透射比测量不确定度的因素主要有:H.2.2校准装置波长准确度和波长重复性(u1)可以采用简单气体分子的吸收谱线法(如利用大气中的水汽和二氧化碳的多条吸收谱线)检测标准装置的波长准确度。根据实际检测的结果判定在各波长范围的波长准确度和波长重复性对于光谱透射比的影响。经测算,对于红外中性透射比标准滤光片而言,由校准装置波长准确度和波长重复性带来的透射比值的标准不确定度:u1=0.0036%。由于滤光器材料中的气泡条纹或由于加工造成的缺陷,会改变测量光线传输的方向。对波长标准滤光片的不同位置进行均匀性测量,评估不同位置一致性对测量结果的影响。H.1.测值准不确定度:u6=0.101cm-1。在被测波长标准滤光片两表面平行且透明等特定条件下,前后两表面会产生影响峰值位置的干涉现象。该干涉峰值会直接影响测量峰值的结果。经测算,波长标准滤光片的测量结果中,由两表面间干涉效应带来的标准不确定.:1=1片稳定性(u8)从波长标准滤光片特征波数年变化量可以估计其长期稳定性对在正常使用过程中对波长校准的影响。经测算,波长标准滤光片的测量结果中,由波长标准滤光片稳定性带来的波数值的标准不确定度:u8=0.101cm-1。H.1.10合成标准不确定度H.1.11扩展不确定度取k=2时,扩展不确定度UH.1.11扩展不确定度取k=2时,扩展不确定度U为:H.2红外中性透射比标准滤光H.2.1测量模型JJF1750—201915H.2.3校准装置杂散辐射(u2)杂散信号是系统中的无效输出信号,包括:由于环境屏蔽不好造成的漏光;系统处于非绝对零度的环境中,校准装置中的每一样器件均会对探测器发射红外辐射等。H.2.测u2=0.0007%。在某一光谱分辨率下测量到的光谱透射比,实际上可以理解为在这个光谱分辨率条件下各个光谱分辨率微元测得的光谱透射比的平均值。因此,当样品具备光谱选择性时,不同光谱分辨率下的光谱透射比将会产生变化。经测算,对于红外中性透射比标准滤光片而言,由校准装置光谱分辨率对透射比的标准不确定度的贡献为u3=0.021%。H.2.5校准装置透射比测量重复性(u4)利用校准装置多次测量中性透射比滤光器的光谱透射比来评估校准装置透射比测量重复性。经测算,对于红外中性透射比标准滤光片而言,由校准装置透射比测量重复性带来的透射比值的标准不确定度u4=0.03%。H.2.6校准装置光电探测系统响应度线性(u5)可以利用常规的双孔叠加法检测装置的光电探测系统响应度线性。除此之外,也可以采用变温黑体法进行光电探测系统响应度线性的测定。利用测量得到的响应度线性结果对光谱透射比测量值进行修正并记入不确定度的影响因素。H.2.测u5=0.04%。当采用扫描测量的方法测量光谱透射比时,必须考虑校准装置基线扫描平直度对测量结果的影响。可以按照不同光谱区域,分别估算基线平直度对光谱透射比测量结果的影响。H.2.测u6=0.0033%。通过常年的校准和期间核查结果可以估计得到校准装置的稳定性对标准滤光器透射比的影响。0.00091。经测算,对于红外中性透射比标准滤光0.00091。H.2.9中性透射比标准滤光片均匀性(u8)通过测量透射比标准滤光片不同位置的透射比的偏差可以估计透射比标准滤光片材料均匀性和加工质量对光谱透射比测量结果的影响。H.2.不确定度分量为u8=0.03%。在傅立叶变换红外光谱仪中,由于不可避免的存在透射部件(分束器),当用来测量透射样品时,会产生分束器和样品表面间的光互反射。该互反射会导致测量结果比理论值偏高。偏离程度与被测样品表面的反射比相关。JJF1750—201916忽略。H.2.11其他因素(u10)在校准过程中还存在着难以单独测算的其他各类误差源。例如,傅立叶变换时干涉仪的相位误差,反变换时切趾函数的选取,装置和样品自身的红外辐射等诸多因素。经测算,对于红外中性透射比标准滤光片而言,该项不确定度分量为u10=0.01%。H.2.12合成标准不确定度H.2.13扩c确u+u+u+u+u+u+u+u+u=0.0011取k=2时,扩展不确定度U为:H.3旋转扇形盘测量不确定度评=kuc=0.0022测量模型可参考H.2中模型的描述。参照7.3条中“在进行旋转扇形盘透射比测量前建议先采用经过校准过的标称值为10%和50%的标准滤光片对设备进行校准。”即校准装置只是进行相对测量,其影响的因素主要有:H.3.1标称值为10%和50%的标准滤光片的不确定度(u1)H.3.滤,假设该标准不确定度u1=0.10%。杂散辐射通过改变光谱透射比测量过程中,透射通量与入射通量之间的比例关系影响透射比测量结果。经测算,校准装置杂散辐射对标准不确定度的贡献为u2=0.00002%。H.3.3校准装置透射比测量重复性(u3)可利用校准装置多次测量样品的透射比来评估校准装置透射比测量重复性。H.3.测:u3=0.02%。通过常年的校准和期间核查结果可以估计得到校准装置的稳定性对标准滤光器透射比的影响。H.3.测,该项不确定度分量为u4=0.015%。匀性。H.3.测u5=0.02%。在旋转扇形盘校准过程中,除了一般认为校准装置的线性、基线平直度、波长准确度等指标均为小量,可以忽略,还存在着难以单独测算的其他各类误差源。例如,旋转频率的不一致,刀口位置反光等诸多难以评估的因素。这些因素的标准不确定度分量估算为u6=0.02%。由于扇形盘的特殊性,很多用户在使用时直接以标称值使用,即以50.00%和10.00%当作标准值使用,在这种情况下,还应当将示值误差计入不确定度分量。H.3.7合成标准不确定度H.3.8扩展不确定度uc==0.0011取k=2时,扩展不确定度U为:H.4红外杂散辐射标准滤光片测量不确定度评定U=kucH.4红外杂散辐射标准滤光片测量不确定度评定红外杂散辐射标准滤光片测量不确定度评定所对应的物