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原子发射光谱（三）：有哪些仪器类型
原子发射光谱仪的类型
原子发射光谱仪目前分为摄谱仪和光电直读光谱仪两类，后者又分为多道光谱仪、单道扫描光谱仪和全谱直读光谱仪等。
摄谱仪 摄谱仪是用光栅或棱镜做色散元件，用照相法记录光谱的原子发射光谱仪器。如下图示出了国产WSP-1型平面光栅摄谱仪的光路图。
由光源B来的光经三透镜L及狭缝S投射到反射镜P1上，经反射之后投射到凹面反射镜M下方的准光镜O1上，变为平行光，再射至平面光栅G上。波长长的光，衍射角大，波长短的光，衍射角小，复合光经过光栅色散之后，便按波长顺序被分开。不同波长的光由凹面反射镜上方的物镜Q2聚焦于感光板的乳剂面F上，得到按波长顺序展开的光谱。转动光栅台D，改变光栅角度，可以调节波长范围和改变光谱级次。P2是二级衍射反射镜，图中虚线表示衍射光路。为了避免一次和二次衍射光相互干扰，在暗箱前设一光阑，将一次衍射光谱挡掉。不用二次衍射时，转动挡光板将二次衍射反射镜P3挡住。光栅光谱利用的是非零级光谱。 利用光栅摄谱仪进行定性分析十分方便，且该类仪器的价格较便宜，测试费用也较低，而且感光板所记录的光谱可长期保存，因此目前应用仍十分普遍。
光电直读光谱仪 光电直读光谱仪分为多道直读光谱仪、单道扫描光谱仪和全谱直读光谱仪三种。前两种仪器采用光电倍增管作为检测器，后一种采用固体检测器。
多道直读光谱仪 单道扫描光谱仪 全谱只读光谱仪
直流电弧型（1）
1 直流电弧发生器的工作原理 2 直流电弧的放电特性 3 直流电弧的分析性能
直流电弧发生器的工作原理
直流电弧发生器的电路图如下图所示。可用两种方法引燃电弧：一种是在接通电源后使上下电极接触短路引弧；一种是用高频引弧。燃弧产生的热电子在通过分析间隙G飞向阳极的过程中被加速，当其撞击在阳极上，形成炽热的阳极斑，温度可达3800K，使试样蒸发和原子化。电子流过分析间隙时，使蒸气中的气体分子和原子电离，产生的正离子撞击阴极又使阴极发射电子，这个过程反复进行，维持电弧不灭。原子与电弧中其它粒子碰撞受到激发而发射光谱。
直流电弧的放电特性
弧焰中心的温度约为5000-7000K，由弧中心沿半径向外弧温逐渐下降。弧温与弧焰组成有密切的关系，这取决于弧焰中气体的电离电位与浓度。当有几个元素同时存在于弧焰中时,主要受电离电位最低的那个元素的浓度所控制。当在电弧中引入大量低电离电位元素时，弧柱内电子浓度增大，电阻减小，输入到电弧的能量减小。这是因为在给定的电弧电流下，能量消耗正比于电阻。随着输入能量减小，导致弧温下降。弧温随电弧电流改变不明显，这是因为电流增大，弧柱变宽，单位弧柱体积的能量消耗保持相对稳定。
直流直弧放电的功率正比于分析间隙的弧柱长度及电流强度。因此，在分析中应严格控制电极间距不变。提高放电功率，可以提高电极温度。
原子发射光谱的分光系统目前采用棱镜和光栅分光系统两种。
直流电弧的分析性能
直流电弧放电时，电极温度高，有利于试样蒸发，分析的灵敏度很高，而且电极温度高,破坏了试样原来的结构，消除了试样组织结构的影响，但对试样的损伤大。
直流电弧光谱，除用石墨或炭电极产生氰带光谱外，通常背景比较浅。
直流电弧弧柱在电极表面上反复无常地游动，而且有分馏效应，导致取样与弧焰内组成随时间而变化，测定结果重现性差。
直流电弧激发时，谱线容易发生自吸。
直流电弧激发时，谱线容易发生自吸。
由于上述特性，直流电弧常用于定性分析以及矿石、矿物难熔物质中痕量组分的定量测定。
低压交流电弧型（2）
高压电容火花型（3）
电感耦合等离子体ICP光源型（4）
等离子体是一种由自由电子、离子、中性原子与分子所组成的在总体上呈中性的气体，利用电感耦合高频等离子体（ICP）作为原子发射光谱的激发光源始于本世纪60年代。
1 ICP的形成和结构 2 ICP的特性和分析性能
1.ICP的形成和结构
ICP形成的原理，如图1.4所示。
ICP装置由高频发生器和感应圈、炬管和供气系统、试样引入系统三部分组成。高频发生器的作用是产生高频磁场以供给等离子体能量。应用最广泛的是利用石英晶体压电效应产生高频振荡的他激式高频发生器，其频率和功率输出稳定性高。频率多为27-50 MHz，最大输出功率通常是2-4kW。
感应线圈一般以圆铜管或方铜管绕成的2-5匝水冷线圈。
等离子炬管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，通入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，载气载带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。用Ar做工作气的优点是，Ar为单原子惰性气体，不与试样组分形成难解离的稳定化合物，也不会象分子那样因解离而消耗能量，有良好的激发性能，本身的光谱简单。
当有高频电流通过线圈时，产生轴向磁场，这时若用高频点火装置产生火花，形成的载流子（离子与电子）在电磁场作用下，与原子碰撞并使之电离，形成更多的载流子，当载流子多到足以使气体有足够的导电率时，在垂直于磁场方向的截面上就会感生出流经闭合圆形路径的涡流，强大的电流产生高热又将气体加热，瞬间使气体形成最高温度可达10000K的稳定的等离子炬。感应线圈将能量耦合给等离子体，并维持等离子炬。当载气载带试样气溶胶通过等离子体时，被后者加热至6000-7000K，并被原子化和激发产生发射光谱。
ICP焰明显地分为三个区域：焰心区、内焰区和尾焰区。
焰心区呈白色，不透明，是高频电流形成的涡流区，等离子体主要通过这一区域与高频感应线圈耦合而获得能量。该区温度高达10000K，电子密度很高，由于黑体辐射、离子复合等产生很强的连续背景辐射。试样气溶胶通过这一区域时被预热、挥发溶剂和蒸发溶质，因此，这一区域又称为预热区。
内焰区位于焰心区上方，一般在感应圈以上10-20mm左右，略带淡蓝色，呈半透明状态。温度约为6000-8000K，是分析物原子化、激发、电离与辐射的主要区域。光谱分析就在该区域内进行，因此，该区域又称为测光区。
尾焰区在内焰区上方，无色透明，温度较低，在6000K以下，只能激发低能级的谱线。
2.ICP的特性和分析性能
1）温度分布
2）等离子体的环形结构
3）谱线与背景强度的空间分布
4）特殊的能量供给方式
5）ICP的电子密度
