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第二章原子发射光谱分析法

图2－9 平面反射光栅的衍射

在实际工作中用线色散率dl/dλ表示。对于平面光栅，线色散率为:

（2－9）

式中f为会聚透镜的焦距。由于cosθ≈1(θ≈6°)，则:

（2－10）
光栅的分辨能力是根据瑞利（Rayleigh）准则来确定。Rayleigh准则认为，等强度的两条谱线（I和II）中，一条（II）的衍射最大强度落在另一条（I）的第一最小强度上，这时，两衍射图样中间的光强度大约为中央最大的80％，而在这种情况下两谱线中央的最大距离是光学仪器能分辨的最小距离。光栅的分辨率R 等于光谱级次n与光栅刻痕总数N的乘积，即:

（2－11）
例如，对于一块宽度为50mm，刻痕数N为1200条mm^-1的光栅，在第一级光谱中（即n=1），它的分辨率为:

光栅的分辨率比棱镜大得多，这是光栅优于棱镜的又一方面。光栅的宽度越大，单位宽度的刻痕数越多，分辨率就越大。
    闪耀特性，是将光栅刻痕刻成一定的形状（通常是三角形的槽线），使衍射的能量集中到某个衍射角附近。这种现象称为闪耀，辐射能量最大的波长称为闪耀波长。质量优良的光栅可以将约80％的辐射能量集中到所需要的波长范围内。
    三、检测器
    在原子发射光谱法中，常用的检测方法有照相法和光电检测法两种。前者用感光板而后者以光电倍增管或电荷耦合器件（CCD）作为接收与记录光谱的主要器件。
    摄谱法是用感光板来记录光谱，将感光板置于摄谱仪焦面上，接受被分析试样的光谱的作用而感光，再经过显影、定影等过程后，制得光谱底片，其上有许多黑度不同的光谱线。然后用映谱仪观察谱线的位置及大致强度，进行光谱定性分析及半定量分析。采用测微光度计测量谱线的黑度，进行光谱定量分析。感光板在过去20多年间逐渐衰落，光电倍增管(PMT)已代替感光板作为检测器。
    由于ICP光源的广泛使用，现在商品ICP光谱仪中光电直读光谱仪已占主要地位。光电倍增管是光电直读光谱仪器中应用的检测元件。其工作原理如图2－12所示。光电倍增管由两部分组成：将入射光子转化为电子的光阴极，增大电子数目的倍增极。

图2－12 光电倍增管工作原理图

    光电倍增管的外壳由玻璃或石英制成，内部抽成真空。光阴极上涂有能发射电子的光敏物质，在阴极和阳极之间联有一系列次级电子发射极，即电子倍增极。阳极和阴极之间加以约1000V的直流电压。在每两个相邻电极之间，都有50－100V的电位差。当光照射在阴极上时，光敏物质发射的电子，首先被电场加速，落在第一个倍增极上，并击出二次电子。这些二次电子又被电场加速，落在第二个倍增极上，击出更多的二次电子，依此类推。由此可见，光电倍增管不仅起了光电转换作用，而且还起着电流放大作用。
    光电倍增管具有波长区域宽（常用160~900nm）、线性范围大、放电增益高及噪声低等很多优点。
    具有这类检测装置的光谱仪称为光电直读光谱仪，利用光电测量方法直接测定光谱线强度。光电直读光谱仪的谱线接收器是由出射狭缝和光电倍增管等组成。每一个接收器可将谱线发射强度的光讯号转变为电讯号，输入到相应的测光读数系统中，最后给出读数。这种由一个出射狭缝到给出读数的一系列组件称为一个"道"。由于光道数的不同，光电直读光谱仪又分为单道和多道两种。多道仪器安装多个（可达70个）出射狭缝和光电倍增管，可接受多种元素的谱线（见图2－13）。

图2－13 多道扫描光谱仪示意图