电感耦合等离子体发射光谱仪的组成

以高频电感耦合等离子体(ICP)为光源的原子发射光谱装置称为电感耦合等离子体发射光谱仪，简称为ICP发射光谱仪或俗称ICP。ICP光谱仪一般包括四个基本单元：等离子体光源系统、进样系统、光学系统、检测和数据处理系统等。

(1) 等离子体光源系统 早期的原子发射光谱仪采用电弧和电火花光源，然而，随着等离子体光源的问世使其成为目前原子发射光谱仪最广泛使用的激发光源。其中以电感耦合等离子体光源应用最为广泛。电感耦合等离子体是一种原子或分子大部分已电离的气体。它是电的良导体，因其中的正、负电荷密度几乎相等，所以从整体来看它是电中性的。ICP等离子体温度可高达5000～10000K。ICP等离子体光源系统由RF高频发生器、等离子炬管、气路系统等组成。

高频发生器是ICP-AES的基础核心部件，它为等离子体提供能量，通过工作线圈给等离子体输送能量，并维持ICP光源稳定放电，要求其具有高度的稳定性和不受外界电磁场干扰。根据等离子体炬安装方向与光学系统观测方向的方式不同，ICP-AES目前主要使用轴向、径向、双向观测方式3种。

等离子炬管是ICP等离子体光源系统的重要部件，它是由三层同心石英管组成。外管通冷却气Ar的目的是使等离子体离开外层石英管内壁，以避免它烧毁石英管。采用切向进气，其目的是利用离心作用在炬管中心产生低气压通道，以利于进样。中层石英管出口做成喇叭形，通人Ar气维持等离子体的作用，有时也可以不通Ar气。内层石英管内径约为1～2mm，载气将试样气溶胶由内管注入等离子体内。试样气溶胶由气动雾化器或超声雾化器产生。当载气将试样气溶胶通过等离子体时，被后者加热至6000~7000K，样品中的待测物质很快被蒸发，分解，产生大量的气态原子，气态原子还可进一步吸收能量而被激发至激发态，而产生原子发射光谱。

(2) 进样系统 目前，ICP主要是溶液进样，ICP进样系统由蠕动泵、雾化系统等组成，被测定的溶液首先经蠕动泵进入雾室，再经雾化器雾化转化成气溶胶，一部分细微颗粒的被氩气载入等离子体，另一部分颗粒较大的则被排出。随载气进入等离子体的气溶胶在高温作用下，经历蒸发、干燥、分解、原子化和电离的过程，所产生的原子和离子被激发，并发射出各种特定波长的光，产生发射光谱。ICP常用的雾化器有同心(溶液和雾化同轴心方向)雾化器和交叉(溶液和雾化乖直方向)雾化器两种。其中，同心雾化器有较好的雾化效率，精密度较好，但容易发生堵塞，而交叉雾化器虽雾化效率和精度稍低，但可耐高盐。不易发生堵塞，且不易损坏。

除了溶液进样，将固体样品直接引入原子光谱分析系统一直是原子发射光谱研究的热点。直接固体进样可有效地克服试样分解过程所带来的缺陷，如外来污染、转移损失、分析时间长及试剂和人力的消耗等。目前主要方法有激光烧蚀、电热蒸发(ETV)试样引入、悬浮体进样、把装有试样的棒头直接插入ICP等，但固进样相对溶液进样一般测定精密度较差。

（3) 光学系统 电感耦合高频等离子体原子发射光谱的光学系统相对比较复杂，但其作用与原理与其它光谱类似，即将复合光分解为单色光。原子发射光谱的分光系统通常由狭缝、准直镜、色散元件、凹面镜等组成。其核心部件是色散元件如棱镜或光栅两种。一般目前采用高分辨率的中阶梯光栅分光。中阶梯光栅光谱仪是采用较低色散的棱镜或其它色散元件作为辅助色散元件，安装在中阶梯光栅的前或后来形成交叉色散，获得二维色散图像。它主要依靠高级次、大衍射角、更大的光栅宽度来获得高分辨率的，这是目前较先进光谱仪所用的分光系统，配合CCD、SCD、CID检测器可以实现“全谱”多元素“同时”分析。也有采用中阶梯光栅的顺序扫描的光谱仪。相对于平面光栅，中阶梯光栅有很高的分辨率和色散率，由于减少了机械转动不稳定性的影响，其重复性、稳定性有很大的提高。而相对于凹面光栅光谱仪，它在具备多元素分析能力的同时，可以灵活地选择分析元素和分析波长。目前各厂家的“全谱”仪器基本都采用此类型，只是光路设计和使用光学器件数量上略有不同。中阶梯光栅可通过增大闪耀角、光栅常数和光谱级次来提高分辨率。由于ICP有很强的激发能力，发射谱线丰富，谱线干扰也较为严重，因此，提高仪器高分辨率有利于避开一些谱线干扰。

(4)检测和数据处理系统 ICP检测器早期主要用光电倍增管(PMT)检测器，目前已逐步被各种固体检测器代替。商品仪器固体检测器主要有电荷耦合检测器CCD(charge一coupled detector)、电荷注入式检测器CID(charge- injection detector)、分段式电荷耦合检测器SCD(subsection charge-coupled detector)，这些固体检测器，作为光电元件具有暗电流小、灵敏度高、信噪比较高的特点，具有很高的量子效率，而且是超小型的、大规模集成的元件，呵以制成线阵式和面阵式的检测器，能同时记录成千上万条谱线，并大大缩短了分光系统的焦距，使多元素同时测定功能大为提高并成为全谱直读光谱仪。目前，ICP全谱直读光谱仪可按设定的方法实现多功能数据处理，包括绘制工作曲线、进行内标法和标准加入法、自动进行背景扣除，不仅可实时计算，还可改变某些参数进行重处理等。不少软件还带有独特的多元谱图校正功能。