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第二章原子发射光谱分析法

    （四）电感耦合等离子体（ICP）
    ICP光源是20世纪60年代研制的新型光源，由于它的性能优异，70年代迅速发展并获得广泛应用。
    ICP光源主要由高频发射器、等离子体炬管、感应管、供气系统和雾化系统组成。高频发射器的作用是产生高频电流。ICP炬管是由三层同心石英管组成。外层石英管内切向通入的Ar气为等离子体工作气或冷却气。中间层石英管内通入的Ar气为辅助气。内管又称喷管，以Ar气为载气，将试样气溶胶引入到ICP炬中。ICP炬实际上是ICP放电现象。其形成原理见图2－6。
    等离子炬管是一个三层同心石英玻璃管。外层通入冷却气，中层气流起维持等离子体的作用，内层以载气输入试样气溶胶，试样多为溶液。
    ICP发射光谱一般用于分析液体，也可用于分析固体。与其它光源相比，ICP光源具有以下突出优点：


图2－6 ICP炬形成原理	图2－7 等离子体光源中温度分布

    1．激发温度高，一般在5000~8000K，有利于难激发元素激发（等离子体光源中温度分布见图2－7）。
    2．因为存在轴向分析通道，试样在ICP光源中停留时间长（约1ms），对于试样的原子化、电离和激发十分有利。
    3． ICP炬放电的稳定性很好，分析的精密度高，相对标准偏差在1%左右。
    4．ICP自吸效应小，标准曲线的线性范围宽。
    ICP－AES提供了一种快速、准确的手段，可以测定70多种元素，是化学实验室中最常用的分析手段之一。
     ICP光源仍然存在一定的缺点，主要是仪器价格昂贵，等离子工作气体的费用较高，测定非金属元素时，灵敏度较低。
    二、分光元件
    常用的分光元件可分为两类：棱镜和光栅。棱镜是利用光的折射原理进行分光的，其色散率不均匀，即它随波长的增加而降低，而且其色散率和分辨率一般不如光栅，故近年生产的光谱仪多用光栅作为分光元件。
    光栅分为透射光栅和反射光栅，用得较多的是反射光栅。反射光栅又可分为平面反射光栅（或称闪耀光栅）和凹面反射光栅。光栅是一种多狭缝部件，光栅光谱的产生是多狭缝干涉和单狭缝衍射两者联合的结果。多狭缝干涉决定光谱线出现的位置，单狭缝衍射决定谱线的强度分布。图2－9是平面反射光栅的一段垂直于刻线的截面，它的色散作用可用光栅公式表示:    d(sinθ+sinφ)=nλ        （2－7）
    式中：d为光栅常数(mm)，它是相邻两刻痕间的距离；θ和φ分别为入射角和衍射角；dsinθ为相邻入射光波1与2的光程差；dsinφ为相邻衍射光波1'与2'的光程差； d(sinθ+sinφ)为光波11'与光波22'的总光程差，即在φ方向衍射的两相邻光波的光程差。在式（2－7）中，加号表示衍射光和入射光在光栅法线的同侧，减号表示它们在光栅法线的异侧。整数n为光谱级次，当n=0，即零级光谱，衍射角与波长无关，也就是说无分光作用。 λ为入射光波长。
    光栅的特性可以用色散率、分别能力和闪耀特性来表征。当入射角 α不变时，光栅的角色散率可用光栅公式微分求得:

（2－8）
式中为衍射角对波长的变化率，也就是光栅的角色散率。当φ很小时且变化不大时，可以认为cosφ≈1。因此光栅的角色散率只决定于光栅常数d和光谱级次n，可以认为是常数，不随波长而变，这样的光谱称为“均排光谱”。这是光栅优于棱镜的一个方面。