原子发射光谱仪的组成

原子发射光谱仪由激发光源、 分光系统、 检测器、 信号显示系统组成。 原子发射光谱仪的基本组成如图4-1所示。

图4－1 原子发射光谱仪的基本组成

1. 激发光源

激发光源提供使分析物质蒸发和激发发光所需要的能量。 一个好光源必须具有灵敏度高、 稳定性好、 样品的结构及组分的影响小、 分析线性范围宽、 应用广泛等优点。 原子发射光谱分析的波段范围与原子能级有关， 一般为200～850nm， 近几年由于分光测光系统的改进， 仪器的波长范围已扩展到120～1050nm。

经典光源如下：

（1） 直流电弧： 激发温度为4000～7000K， 电极温度较高， 阳极温度可达3800K，试样易蒸发、 灵敏度高， 但稳定性差， 适用于定性分析， 是经典光源中电极温度（蒸发温度）最高的。

（2） 交流电弧： 电极温度比直流电弧低， 但弧焰温度高， 稳定性好， 适于光谱定量分析。

（3） 高压火花： 激发温度（弧焰温度）为20000～40000K， 适用于难激发元素， 离子线出现得也较多。 其放电稳定， 再现性好， 适用于光谱定量分析。 但由于电极温度较低， 其对难蒸发元素的灵敏度不高， 是经典光源中激发温度（弧焰温度）最高的。

（4） 火焰也是常用的激发光源， 并已发展成为一门独立的分析技术， 称为火焰光度法。其设备简单、 方法快速稳定， 适用于直接分析溶液样品。 但由于火焰温度较低， 其主要用于测定碱金属等容易蒸发和激发的元素， 是经典光源中稳定性最好的。

（5） 电感耦合等离子体（ICP）是溶液分析中最有希望的光源。 高频感应焰炬比化学火焰具有更高的温度， 蒸发激发能力强， 灵敏度高， 化学干扰小， 背景小， 线形范围宽， 非常适合分析液体样品， 是很有前途的一种新光源。

分光系统的作用是将激发试样所获得的复合光， 分解为按波长顺序排列的单色光。 常用的分光元件有棱镜和光栅两类。

2. 检测器

在原子发射光谱中， 被检测的信号是元素的特征辐射， 常用的检测方法有目视法、 摄谱法和光电法。 原子发射光谱的检测方法示意如图4-2所示。

图4－2 原子发射光谱的检测方法示意

1） 目视法

目视法是用眼睛观察试样中元素的特征谱线或谱线组， 比较谱线强度的大小以确定试样的组成和含量。 工作波段为可见光区（400～700nm）， 常用的仪器称为看谱镜， 它是一种小型简易的光谱仪， 主要用于合金钢、 有色金属合金的定性和半定量分析。

2） 摄谱法

摄谱法是用感光板来记录光谱。

感光板主要由感光层和片基组成， 感光层又称乳剂层， 由感光物质（记录影像）、 明胶和增感剂组成。 将感光板放置在分光系统的焦面处， 接受被分析试样的光谱作用而感光（摄谱）， 再经显影、 定影等操作制得光谱底片， 光谱底片上有许多距离不等、 黑度不同的光谱线， 然后在映谱仪上观察谱线的位置及大致强度， 进行定性和半定量分析； 在测微光度计上测量谱线的强度， 进行定量分析。

感光板上谱线的黑度与曝光量有关。 曝光量越大， 谱线越黑。

曝光量（H）等于照度（E）与曝光时间的乘积， 也等于曝光时间与谱线强度的乘积：

H ＝Et ＝Kit （4-1）

谱片变黑后的透光度T见式（4-2）：

谱线变黑的程度称为黑度（S）， 黑度与透光度T之间的关系见式（4-3）：

图4-3所示为谱线黑度示意。 摄谱法的定量分析就是根据测量谱线的黑度， 计算求得待测元素的含量。

图4－3 谱线黑度示意

3） 光电法

光电法利用光电倍增管作光电转换元件， 把代表谱线强度的光信号转换成电信号， 然后由电表显示出来， 或进一步把电信号转换为数字显示出来。

光电倍增管是目前最常用的精确测量微弱光辐射的一种光电转换元件。

光谱仪是能将不同波长的复合光分解为按波长顺序排列的单色光， 并能进行观测记录的仪器。

用照相法记录光谱的仪器称为摄谱仪。 摄谱仪根据所用色散元件的不同， 可以分为棱镜摄谱仪、 光栅摄谱仪、 干涉分光摄谱仪、 光电直读光谱仪 （光电法检测）。