ICP光谱仪仪器的发展概述

经过近几十年的发展，ICP发射光谱仪在灵敏度和稳定性及仪器的分析功能等方面已取得很大的提高。主要表现如下：

一、在光源方面的进步

1、高频发生器的改进：

由于ICP电子密度和激发温度随频率的增加而减低，而光源的背景强度(Ar的连续光谱)则与频率的平方成反比，随频率的提高要降低得多。因此，为了提高高频发生器的稳定性，采用具有很高频率稳定性和输出功率稳定性的固态发生器，等离子体阻抗可自动调节补偿，并由计算机控制工作参数、设定点火程序，可自动点火。因此，新型的商品仪器均已使用固态发生器，结合对样品的引入系统而采取恒温，提高进样的稳定性，加上光学系统的恒温，热稳定性高，使仪器预热时间大为缩短，大大提高了ICP光谱仪分析法的分析精度和准确度。

2、采用端视技术以提高灵敏度：

近年来商品ICP光谱仪推出轴向(端视)ICP，有较高的灵敏度和较好的检出限。ICP光谱仪中，ICP矩管通常是垂直放置，从侧面观察，称为径向(侧视)ICP。端视ICP(矩管水平放置)的检出限通常要比侧视提高几倍至一个数量级。这是由于侧视只观测到ICP正常分析区的一部分，信号量较小且背景较高。端视可以观测ICP整个正常分析区的光发射信号，增加了可测的信号量，同时光谱背景较低，信背比高。因此，端视的检出限显著高于侧视。端视ICP的主要缺点是线性范围相对较小。而且分析基体复杂样品时基体效应较明显。这是由于在采用水平矩管端视ICP时，等离子矩的尾焰温度低，产生电子、离子复合，从而可能产生自吸和分子光谱所致。为此通常要采用压缩空气“切割”尾焰，或者采用“冷锥技术”(在ICP尾焰区放置一个类似ICP-MS的接口锥的金属锥)，可以有效地消除尾焰的干扰，以提高端视ICP的稳定性及减少端视ICP的基体干扰。

二、在检测器方面的发展

1、光电倍增管(PMT)性能得到进一步挖掘：

为了适应多谱线的快速测定，近年来发展了一种高动态范围的PMT检测器，它可以随光信号的强弱(按待测组分浓度高低)由计算机实时控制，高速自动调节增益，配合快速扫描方法可以采集更多的光谱信息。利用这种高动态范围检测器及其快速信号采集电路，高速采集光谱，即可获取样品的全部谱线。

2、采用光学固态多道检测器(CCD，CID)，可记录全部谱线：

电荷耦合器件(CCD)和电荷注入器件(CID)，由于有很高的光电转换效率和在低温下噪声极低，且有很高的检测灵敏度而被引用于ICP光谱仪上。面阵式CCD或CID可有许多检测单元，与Echelle光栅产生的二维光谱相结合，可使ICP光谱仪优于通常的多道同时型仪器，具有全谱直读功能。为了使仪器有更高的分辨率和较宽的光谱覆盖面，CCD或CID需有较大的尺寸和更高的集成单元；CCD和CID在紫外光区的响应较低，需采用荧光涂层以增强对紫外光的响应；常温下噪声较大，CCD需用半导体冷却器，冷却至-70℃；CID需用液氮或低温冰箱冷却至-80℃以下。

三、ICP发射光谱仪向全谱方向发展

由于PMT光电性能和体积上的局限性，不管是同时型或顺序型ICP光谱仪，都会丢失许多光谱信息，限制了光谱仪器向全谱直读化的发展。CCD，CID等固体检测器，作为光电元件具有很高的量子效率，接近理想器件的理论极限值，且属超小型、大规模集成的元件，可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，使光谱仪的多元素同时测定功能大为提高。配合中阶梯光栅与棱镜色散系统产生的二维光谱，在焦平面上形成点状光谱，采用CCD，CID一类面阵式检测器，从而能更大限度地获取光谱信息，使仪器具有光电法与摄谱法的优点，便于进行光谱干扰和谱线强度空间分布同时测量，有利于多谱图校正技术的采用，有效地消除光谱干扰，提高选择性和灵敏度。而且仪器的结构上有新的变化。采用新型检测器研制光谱仪器已成为新一代ICP光谱仪器的发展方向。