中财网西安殷荣饮品有限公司:ICP-AES的基体原理_ICP光谱 part2
来源：百度文库 编辑：中财网 时间：2024/07/04 04:00:56
2. 6 ICP光源的重要工作参数
13) RF功率：几乎所有的谱线强度都随功率的增加而增加。但功率过大也会带来背景辐射增强，信背比变差，检出限反而不能降低。对于水溶液样品，一般选用的功率为950w-1350w，对于溶液中含有机试剂或有机溶剂的样品，为使有机物充分分解，一般选用1350w-1550w的功率。在测定易激发又易电离的碱金属元素时，可选用更低的功率（750w-950w），而在测定较难激发的As、Sb、Bi等元素时，可选用1350w的功率。
14) 雾化气流量（压力）：雾化气的作用已如上述，其大小直接影响雾化器提升量、雾化效率、雾滴粒烃、气溶胶在通道中的停留时间等。因此要根据每个具体的雾化器精心选择并在分析过程中保持一致。对于目前广泛使用的Menhard和GE同心型雾化器，雾化压力通常在22-35psi间选择（最常用的是26-30psi），对于“较难”激发元素如As、Sb、Se、Cd等元素的测定可选用较小的雾化压力（24-26psi）,使气溶胶在通道中停留较长的时间，更有利于激发发射，对于K、Na等易激发又易电离的元素的测定，可选用较高雾化压力（32-35psi），使气溶胶在通道中停留时间较短，且雾化得更好，以获得更低的检出限。
15)
41) 观察高度：在炬管垂直放置的情况下，采用侧向采光，各种元素的最佳激发区因元素而异。具有较难激发的原子谱线的元素如As、Sb、Se等，它们的最佳激发区在ICP通道偏低的位置。而具有较易激发的离子谱线的元素如碱土族元素，周期表的第三、四副族元素，其最佳激发区则应在ICP通道偏高的位置。易激发又易电离的碱金属元素，在通道较低位置则绝大部分成为很难激发的离子状态。只有在通道的较高位置为最佳观察区域。所谓的观察离度是指工作线圈的顶部作为起点向上计算（如图所示）。而原子发射光谱分析的一个重大优势是多元素同时分析，因此曝光高度与其他参数一样，很难仅考虑个别元素的最佳观察高度，必须兼顾一次采样分析所有待测元素，所以一般采用折中的观察高度。在调试仪器时，一般以1ppm的Cd元素来选择最佳的观察高度（通常在15mm左右）。另可通过辅助气的改变可使观察高度在13-17mm间调整。
42) 频率：在一般情况下ICP的频率并不认为是重要的参数，目前常用的频率为27.12MHz与40.68MHz，这是为了避免与广播通讯相干涉而专门留给工业部门使用的频率，也比较适合于产生ICP，所以正规的ICP发生器都采用这个指定的频率。
2. 7 水平观察ICP光源
水平观察ICP光源是采用水平放置ICP炬管，从ICP焰锥顶端采光，使整个通道各个部分的光都可通过狭缝，换言之即通道与光轴重合。水平观察ICP光源的好处是整个通道各个部分的光都可被采集，从而提高了各元素的灵敏度，降低了检出限，但水平观察的基体效应要比垂直观察大，且存在一定的易电离干扰的问题，同时由于炬管是水平放置，要包含整个等离子体，炬管易沾污，RF功率也不能太高（一般不超过1350w）。
2. 8 双向观察ICP光源
在水平观察ICP光源的基础，增加一套侧向采光光路，实现垂直/水平双向观察，如图所示，当切换反射镜M移开时，ICP为轴向采光，此时等同于水平观察ICP，当切换反射镜M切入时，挡住了轴向的光。ICP光源由侧向采光，经反镜M1、M2和切换反射镜通过狭缝，即为垂直观察。切换反射镜M由计算机控制，可实现全部元素谱线水平测量，全部元素垂直测寂静，部分元素谱线水平测量，部分元素谱线垂直测量的工作方式，双向观察能有效解决水平观察中存在的易电易干扰，进一步扩宽线性范围。2. 9 RF发生器
RF发生器通过工作线圈给等离子体输送能量，维持ICP光源稳定放电，目前ICP的RF发生器主要有两种震荡类型，即自激式和它激式。
2. 9.1 自激式RF发生器
自激式RF发生器又称自由振式RF发生器，它有整流电源、振荡回路和电子管功率放大器三部分组成。
整流电源是由三相电源经升压、三相全波整流及L、C滤波提供电子管功率放大器所需的直流高压（3千伏）。
其振荡回路是由一个电容和一个电感组成的并联回路，当有外加电源时，回路内将产生振荡信号，回路能量交替地储存在电容和电感上。当回路中电阻很小时，即 R< 2（L/C）1/2，其振荡频率为：f=1/{2?（L/C）1/2 }。
由于回路电阻的存在，每次振荡总要消耗部分能量，使振荡受到阻尼，为了维持等辐振荡，并保持一定的输出功率，使用电子管功率放大器，把L-C振荡回路的信号正反馈一部分供给放大器的栅极，经功放后再输出给L-C回路，这样L-C回路不断地从放大器取得能量，除反馈一部分外，大部分能量用电感耦合方式供给等离子体，从而维持稳定的等辐振荡和功率输出。信号正反馈的形式国外多采用电容反馈型，而国内生产的则多采用电感反馈型。
自激式振荡器的主要特点是结构简单、价格低廉、制造调试比较容易，在技术指标上能基本满足光谱分析要求，但其主要的缺点是频率稳定性及功率稳定性较差，这主要是由于等离子体负载是作为振荡回路的一部分，负载的改变将影响L-C振荡器的频率及回路的工作状态。
2. 9.2它激式RF发生器
它激式RF发生器又称晶体控制型RF发生器，它与自激式不同，它是利用石英晶体的压电效应构成振荡器也取代L-C振荡回路的电容、电感元件。
将石英晶体按一定方位角切制成一块正方形（或长方形或圆形）簿片，在晶片的两个对应表面上喷涂金属板，就可构成石英晶体振荡器。当晶体片上加上一个电场，就会使晶片发生机械形变，相反，在晶体片上加一个机械力又会在相应的方向上产生电场，这种现象称石英晶体的压电效应。若在晶片上下的金属板上施加变电压，就会产生相应的机械形变，即机械振动，通常情况下，这种形变振幅很小，当外加交变电压为某一特定频率时，振幅会突然啬，这种现象为压电谐振，这一频率称为晶体的谐振频率，它和晶体的尺寸有关。
在它激式振荡器中，常应用一个频率为27.12MHz或40.68MHz的石英晶体振荡器作为振源，经过两级功率放大，就可得到27.12MHz或40.68MHz，2.0Kw的输出信号。通过匹配网络和同轴电缆传输到负载线圈上。这类发生器频率稳定度高，耦合效率好，功率输出易于自动控制，但放电回路的电学特性的任何微小变化，会导致阻抗失配，需调节至最佳匹配，仪器线路比较复杂，成本较高，但性能较好。
ThermoElemental公司的的ICP均采用晶体控制型RF发生器，其结构框图如下：
晶体控制型RF发生器的高功率输出采用多级放大后才获得，它包括：
3) RF源放大：由石英晶体振荡器（27.12MHz）和放大电路组成，受来自AGC（自动增益控制）的反馈电压和计算机给定的控制，其输出是稳定的、最大功率为3w的高频信号。
4) RF驱动放大：它介于源放大和功率放大之间，其作用是放大RF源放大级的高频信号，以驱动功率放大器，并隔绝源振荡器以改善稳定性，驱动放大级的最大输出功率为65w。
5)
10) RF功率放大：它主要由大功率电子管（3cx1500A）来实现高频信号的进一步放大，并通过工作线圈把RF功率耦合到等离子体上。功率放大级的最大输出功率可达2Kw。
11) 匹配网络：在以上各级放大器之间均存在阻抗匹配网络，是为RF功率在各级间传输中获得最高的效率。其中功率放大级的输入、输出匹配网络十分重要，输入匹配采用Л型匹配电路，如右图调整匹配电容Cl和C2，使输入功率放大级的反射功率几乎为零。输出匹配为自动匹配（Auto-Turning），自动跟踪等离子体负截的变化，使等离子体始终获得最高的功率传输效率。
12) 自动增益控制（AGC）：它的作用是自动调整整个RF发生器的放大倍数，不管等离子体的阻抗以及等离子体与负载线圈耦合有何变化，始终保证等离子体的功率恒定不变。AGC同时又受计算机控制，以实现RF功率的计算机控制。
13) 工作线圈：工作线圈的作用是把RF发生器的高频能量，耦合到等离子体。由于高频电流倾向于在导体表面流动（即趋肤效应），工作线圈是由2.5圈镀银外层的空心铜管制成，内通冷却水冷却。为了防止其表面腐蚀或匝间高压放电，工作线圈外套一层四氟乙烯。
14) 电源系统（POWER UNIT）：为RF发生器提供各种电源，包括：+5V、+12V、±15V、+48V、+3800V和120VAC。 其中+48V提供给RF驱动放大， +3800V提供给RF功率放大。该电源系统具有各种保护，并通过其电源控制单元（Power UnitControl）实现与整个仪器的通讯和控制。
2.9.3固态式RF发生器
固态式RF发生器是用一组固态场效应管（一般是十几只配对）来替代经典RF发生器中的大功率电子管，以获得大功率高频能量输出。固态式RF发生器具有更小的体积，有利于仪器的小型化。2. 10 ICP光谱分析的干扰
ICP光源从本质说是由一个高温光源（包括RF发生器及炬管等）和一个高效雾化器系统所组成。从ICP问世到如今的大量实践证明，这种光源所进行的分析其所以具有较高精度和准确度，和光源中的干扰较小是分不开的。但是这并不是说它不存在干扰的问题。现就ICP光谱分析中出现的干扰问题分述如下。
1 物理因素的干扰
由于ICP光谱分析的试样为溶液状态，因此溶液的粘度、比重及表面张力等均对雾化过程、雾滴粒径、气溶胶的传输以及溶剂的蒸发等都有影响，而粘度又与溶液的组成，酸的浓度和种类及温度等因素相关。
溶液中含有机溶剂时，粘试与表面张力均会降低，雾化效率将有所提高，同时有机试剂大部分可燃，从而提高了尾焰的温度，结果使谱线强度有所提高，当溶液中含有有机溶剂时ICP的功率需适当提高，以抑制有机试剂中碳化物的分子光谱的强度。
除有机溶剂外，酸的浓度和种类对溶液的物理性质也有明显的影响，在相同的酸度时，粘度以下列的次序递增HCl≤HNO3由上述所见，物理因素的干扰是存在而且应设法避免，其中最主要的办法是使标准试液与待测试样无论在基体元素的组成、总盐度、有机溶剂和酸的浓度等方面都保持完全一致。目前进样系统中采用蠕动泵进样对减轻上述物理干扰可起一定的作用，另外采用内标校正法也可适当地补偿物理干扰的影响。基体匹配或标准加入法能有效消除物理干扰，但工作量较大。
2 光谱干扰
光谱干扰是ICP光谱分析中最令人头痛的问题，由于ICP的激发能力很强，几乎每一种存在于ICP中或引入ICP中的物质都会发射出相当丰富的谱线，从而产生大量的光谱“干扰”。光谱干扰主要分为两类，一类是谱线重叠干扰，它是由于光谱仪色散率和分辨率的不足，使某些共存元素的谱线重叠在分析上的干扰。另一类是背景干扰，这类干扰与基体成分及ICP光源本身所发射的强烈的杂散光的影响有关。对于谱线重叠干扰，采用高分辨率的分光系统，决不是意味着可以完全消除这类光谱干扰，只能认为当光谱干扰产生时，它们可以减轻至最小强度。因此，最常用的方法是选择另外一条干扰少的谱线作为分析线，或应用干扰因子校正法（IEC）以予校正。对于背景干扰，最有效的办法是利用现代仪器所具备的背景校正技术给予扣除。
3 化学干扰
ICP光谱分析中的化学干扰，比起火焰原子吸收光谱或火焰原子发射光谱分析要轻微得多，因此化学干扰在ICP发射光谱分析中可以忽略不计。
4 电离干扰与基体效应干扰
由于ICP中试样是在通道里进行蒸发、离解、电离和激发的，试样成分的变化对于高频趋肤效应的电学参数的影响很小，因而易电离元素的加入对离子线和原子线强度的影响比其他光源都要小，但实验表明这种易电离干扰效应仍对光谱分析有一定的影响。对于垂直观察ICP光源，适当地选择等离子体的参数，可使电离干扰抑制到最小的程度。但对于水平观察ICP光源，这种易电离干扰相对要严重一些，目前采用的双向观察技术，能比较有效地解决这种易电离干扰。此外，保持待测的样品溶液与分析标准溶液具有大致相同的组成也是十分必要。例如在岩矿分析中，常用碱溶法或偏硼酸里分解样品，给溶液带来大量的碱金属盐类。任何时候，两者在物理、化学各方面性质的匹配是避免包括电离干扰在内的各种干扰，使之不出现系统误差的重要保证。
基体效应来源等离子体，对于任何分析线来说，这种效应与谱线激发电位有关，但由于ICP具有良好的检出能力，分析溶液可以适当稀释，使总盐量保持在1mg/ml左右，在此稀溶液中基体干扰往往是无足轻重的。当基体物质的浓度达到几mg/ml时，则不能对基体效应完全置之不顾。相对而言，水平观察ICP光源的基体效应要稍严重些。采用基体匹配、分离技术或标准加入法可消除或抑制基体效应。3．光谱仪的分光（色散）系统
复合光经色散元素分光后，得到一条按波长顺序排列的光谱，能将复合光束分解为单色光，并进行观测记录的设备称为光谱仪。无论是在单道扫描型还是多通道型或全谱直读型的任何光谱仪中，通常都希望：(a)有适当的波长范围和波长选择，(b)能从被检测的辐射源的特定区域里采集尽可能多的光。为达到这两个目标，系统将包括：(a)一个入射狭缝；它提供与狭缝尺寸相同的的辐射光带，(b)一个能产生一束平行光的准直器，(c)一个或两个组合的色散元件，(d)一个能使被色散的特定狭窄光带重显的聚焦元件，(e)一个或多个能使所需光带分离的出射狭缝（全谱直读型仪器无需出射狭缝）。在ICP光谱仪的分光系统中，采用的色散元件几乎全都是光栅，在一些高分辨率的系统中，棱镜也是分光系统中的一个组成部件。
3.1 衍射光栅
平行、等宽而又等间距的多缝装置称为衍射光栅。它是利用光的衍射和干涉现象进行分光的一种色散元件，衍射光栅有透射式和反射式两种，光谱仪常用的是反射光栅，它的缝是不透明的反射铝膜。在一块极其平整的毛坏上镀上铝层，刻上许多平行、等宽而又等距的线槽，每条线槽起着一个“狭缝”的作用，每毫米刻线有1200条、2400条或3600条，整块光栅的刻线总数几万条到几十万条。
反射光栅从形状上可分为平面光栅，凹面光栅和阶梯光栅，从制作方法上又可分为机刻光栅和全息光栅。
在一般的反射光栅中，由于光栅衍射中没有色散能力的零级衍射的主极大占去衍射光强的大部分（80%以上），随着主极大的级次增高，光强迅速减弱（见右图）。因此，使用这种反射光栅时，其一较弱，二级衍射更弱。为解决这个问题，将光栅的线槽刻成锯齿形，使其具有定向“闪耀”能力，把能量集中分布在所需的波长范围。光栅复制技术的发展，大大降低了生产成本并缩短生产周期，使光栅得到广泛应用。
3.1.1平面反射光栅
1) 光栅方程
根据光的衍射和干涉原理，当平行光束以α角入射于光栅时，则在符合下述方程的角β方向上获得最大光强。
d(sinα+sinβ)=m? (m=0 ±1 ±2)
其中d-光栅常数，即相邻两缝的间距，α-入射角，β-出射角，m-衍射级次，或称为光谱级次，?-衍射光的波长。
2) 平面反射光栅的特点
m) 根据光栅方程，当光栅常数d为定值时，对于同一方向（α一定）入射的复合光在同级光谱（m一定）中，不同波长?有不同的衍射角β与之对应，因而可在不同的衍射方向之获得不同波长的谱线（主极大）。这就是光栅的色散原理。
n) 对一定波长?的单色光而言，在光栅常数d和入射角α固定时，对于不同级次m(m=0 ±1 ±2……)可得到不同角β的衍射光，即同一波长可以有不同级次的谱线（主极大）。
o) 对于复合光，当m=0时，在β=-α的方向上，任何波长都可使光栅方程成立，即在此方向上，光栅的作用就象一面反射镜一样，将得到不被分光的零级光谱，入射光束中的所有波长都叠加在零级光谱中。当d和α为固定值时，对于不同波长、不同级次的光谱，只要其乘积m?等于上述定值，则都可以在同一衍射角β的方向上出现,即
m1?1=m2?2= m3?3=……
例如，一级光谱中波长为?的谱线和波长为?/2的二级谱线，波长为?/3的三级谱线……重叠在一起（如图）。这种现象称为光谱级次的重叠。它是光栅光谱的一个缺点，对光谱分析不利，应设法予以清除。在平面光栅光谱仪中，常用不同颜色的滤光片来消除这种级次重叠。同时为了获得足够的光能量，在ICP光谱分析中，通常选择第一级（m=1）或第二级次（m=2）的光谱谱线。
3) 平面光栅光谱仪的主要性能
a) 色散率：光谱在空间按波长分离的程度称为色散率，b) 其表示方法有角色散率（dβ/d?）和线色散率（dl/d?）两种，c) 通常以线色散率倒数d?/dl表示仪器的色散能力，d) 其单位为nm/mm。
光栅的角散率：dβ/d?=m/(d?cosβ)
由此可见，角色散率与光谱级次m成正比。对于给定的波长范围，由于平面光栅的β较小（0-8°），cosβ变化不大（1-0.99），因而在同一个级次下，角色散率几乎不变；二级光谱的角色散率为一级光谱角色散率的两倍。
在Ebert装置的平面光栅仪中，焦平面与光轴垂直, β=0-8°时，cosβ?1。此时线色散率倒数为：
dλ/dl?d/(f•m) f为成像物镜的焦距。
可见，线色散率倒数与成像物镜的焦距f、衍射光谱级次m成反比，即采用长焦距和高衍射级次的光谱有利于提高线色散率。同时平面光栅光谱仪的线色散率倒数只有在β角很小的情况下才接近常数，即随波长的增加，线色散率倒数几乎不变。
e)
分辨率：仪器的分辨率又称分辩本领，f) 是指g) 仪器两条波长相差极小的谱线，h) 按Rayleigh原则可分开的能力。所谓Rayleigh原则，i) 指j) 一条谱线的强度极大值恰好落在另一条强度相近的谱线的强度极小值处，k) 若此时这两条谱线刚能被分开，l) 则这两条谱线的平均波长λ与波长差Δλ之比值，m) 称为仪器的理论分辨率R，n) 即R=λ/Δλ。对于平面光栅，o) 理论分辨率R=λ/Δλ=m•N，p) 由此表明光栅的分辨率为光谱级次m与总刻线N的乘积，q) 不r) 随波长改变而s) 改变。
当级次m增加时，角色散率、线色散率及分辨率均随之增加。这时光栅偏转的角度也越大，它在衍射方向的投影也越少，因而光栅的有效孔径也随之越小，因此，光谱强度也相应减弱。
实际分辨率由于受许多客观误差因素的影响，总是比理论分辨率差，一台单色仪的分辨率是它能分辩的最小波长间距，这个波长间距不但有赖于仪器的分辩本领，而且也与狭缝的宽度、狭缝的高度及光学系统的完善性有关。在扫描式单色仪中，分辨率通常用半强度带宽值报出（如图）。
谱线是狭缝的单色像，虽然采用窄狭缝对提高分辨率有利，但是，如果用太窄的狭缝就会使光强度明显地减弱，在平面光栅的ICP光谱仪中用的狭缝宽度一般为20um左右。3.1.2闪耀光栅
前面介绍的一般光栅具有色能力。但衍射能量的80%左右集中在不分光的零级光谱中，而有用的一、二级光谱依次减弱，因而实用价值很低。为了克服这一缺点，适当地改变反射光栅的刻槽形状，使起“狭缝”作用的反射槽面和光栅平面形成一定的倾角?，如图，即可将入射光的大部分能量集中到所需衍射级次的某个衍射波长附近，该波长称为?闪耀波长?，这种现象称为光栅的闪耀作用，这种光栅称为闪耀光栅，也称小阶梯光栅，倾角?为闪耀角。
闪耀光栅的主要好处在于可使光能量集中在第一光谱级次（m=1）的λb与第二光谱级次（m=2）的λb/2附近。
c) 在?自准?条件下（?=?=?），闪耀波长与闪耀角的关系为2dSin?=m•λbm，可根据需要的闪耀波长λbm来设计相应的闪耀角?。
d)
e) 光栅的闪耀并非只限于闪耀波长，而是在该闪耀波长附近的一定范围内也有相当程度的闪耀。
f) 如图表示为闪耀光栅的特性。这种光栅的一级闪耀波长λb1=560nm，有86%的光强集中在一级，而其余14%被分配在零级和其他各级中。从该图可以看出，该光栅的二级光栅光谱的闪耀波长λb2=560/2=280nm，实际上，光强的分布难与理论值完全相符，因为光栅刻线形状不可能精确地控制使其完全一致，图中表现了两条曲线的差别。
总之，闪耀光栅可将某一波长的75-85%的光强集中到某一级次上，从而消除了一般光栅把光强集中在零级，而使其他级次的谱线变得很弱的缺点。
3.1.3中阶梯光栅（echelle）
线色散率、分辨率、集光本领是评价光谱仪性能的重要指标，而这些性能又主要取决于所采用的色散元件—光栅，制造高性能的光栅一直是光谱仪技术追求的目标。
从光栅色散率公式可知，在自准条件下（?=?=?）
dl/dλ=(m•f)/(d•cos?)
提高线色散率可采用长焦距f、大衍射角?、高光谱级次m、减少两刻线间的距离d（提高每毫米刻线数）。
从光栅分辨率公式可知
R=λ/?λ=m•N
提高分辨率可增加光栅刻线总数N、用高衍射级次来解决。
在常规的光栅设计中，都是通过增加每毫米刻线数来提高线色散率和分辨率。事实上由于制造技术及成本原因，精确、均匀地在每毫米刻制2400条线已很困难，采用全息技术制造的全息光栅最高可达10000条，但由于槽面成正弦形，使闪耀特性受影响，集光效率下降。
1949年美国麻省理工学院的Harrison教授摆脱常规光栅的设计思路，从增加衍射角?，利用?短槽面?获得高衍射级次m着手，增加两刻线间距离d的方法研制成中阶梯光栅（Echelle），这种光栅刻线数目较少（8-80条），使用的光谱级次高（m=28-200），具有光谱范围宽、色散率大、分辨率好等突出优点。但由于当时无法解决光谱级次间重叠的问题，在五、六十年代未受到重视，直到七十年代由于实现了交叉色散，将一维光谱变为二维光谱，方得到实际应用，随着九十年代初二维半导体检测器（CID）和(CCD)的应用，中阶梯光栅的优点才在ICP光谱分析中充分的展显出来。
光栅方程d(Sin?+Sin?)=mλ 同样也适用于中阶梯光栅。在“自准”（?=?=?）时，m=2d•Sin?/λ。
中阶梯光栅不同于平面光栅，采用刻槽的“短边”进行衍射，即闪耀角?很大（60°-70°）；采用减少每毫米刻线数，即增大光栅常数d，因此，光谱级次m大大增加。例如IRISAd.全谱直读ICP的光栅刻线为52.6条/mm，闪耀角?=64°，可计算出对应λ=175nm的光谱级次m=189级，对应λ=800nm的光谱级次m=42级。
对于衍射级次从42-189时，其闪耀波长分别在800-175nm光谱分析段内，且这些闪耀波长间隔较近，即形成全波长闪耀，如图。
中阶梯光栅的角散率：d?/dλ=(2•tg?)/λ
线色散率dl/dλ=(2•f•tg?)/λ
分辩率R=λ/?λ=2•W/(λ•Sin?)
从上面三个公式可知，中阶梯光栅的角色散率、线色散率和分辩率都与衍射角?有关，并随着?增大而增大。因此，只要取足够大的?值（取闪耀角接近衍射角?=64°），即相当于在较高级次下工作，就能获得很大的角色散率、线色散率和分辩率。
对于一般平面光栅，线色散率dl/dx=(f•m)/d，必须依靠增大仪器的焦距，减小刻线间距（增加刻线条数）来增加线色散率。而中阶梯光栅由于角色散率很大，不必依赖焦距的增加，就能获得较大的线散率。例如焦距1米，3600条/mm的平面光栅在200nm处，一级光谱的倒数线色散率仅为0.22nm/mm，而0.5米焦距，52.6条/mm的中阶梯光栅光谱仪在168级处同一波长的倒线色散率可达0.14nm/mm。由于中阶梯光栅的角色散率足够大，焦距反而可缩小（如0.5米），因此，仪器光室的体积大为缩小，使相对孔径变大，光谱光强也得到提高。
由于线色散率大，中阶梯光栅每一级光谱的波长范围相当小，在这个范围内各波长的衍射角基本一致，而且各级基本上是在同一角度下（闪耀角）观察整个波长范围，所以均可达到很大闪耀强度，即“全波长闪耀”（见上图）。另外，这种中阶梯光栅它们相邻的衍射光谱级次之间的能量分布如右图所示，从图中可以看出，同一波长的入射光的能量多被分布在两个相邻衍射光谱的级次里，由于最佳闪耀波段两侧能量锐减，如图中虚线下方所示。故入射光强能量几乎都被集中到如图中虚线上方的闪耀波段中的该波长上，由此可知，中阶梯光栅在175-800nm全波段范围内均有很强的能量分布，中阶梯光栅其光谱图象可聚焦在200mm2的焦面上，非常适合于半导体检测器来检测谱线。
中阶梯光栅光谱仪各级之间的重叠用交叉色散棱镜的办法来解决，即棱镜的色散方向与中阶梯光栅的色散方向互相垂直，这样在仪器的焦面上形成二维光谱图象（如图所示）。以IRIS AdvantageER/S为例：其光路如图所示。其焦距0.5米，中阶梯光栅刻线52.6条/mm，闪耀角64.1°，在42-189级时，其波长范围175-800nm连接起来总长将近4米。
3.2凹面光栅
凹面光栅是1882年罗兰（Rowland）提出的，它是刻划在球面的一系列等距刻槽的反射式衍射光栅。与平面光栅必须借助成像系统来形成谱线不同，凹面光栅在光路中兼具色散和聚焦两种作用，因此在凹面光栅光谱仪中就只有狭缝、凹面光栅和检测器组成，光路紧凑（如图）。今天绝大部分直读式光谱仪（包括火花、多通道ICP）均采用凹面光栅作为色散元件，但凹面光栅的象散问题是比较严重的。
3.3光栅的误差
在刻制光栅时，要求每条刻线必须很直，各刻线间严格地相互平行与等距，刻槽的几何形状必须完全一致。尽管光栅刻划机属精密机械之王，并在相当严格的环境下工作，但仍不可避免地存在机械误差，因而在机刻光栅的光谱中会出现一些不真实的谱线称为鬼线或伴线。
平面反射光栅都由机刻光栅（母光栅）复制而成，因而鬼线的出现，是这种光栅不可避免的缺陷。
3.4全息光栅
随着全息激光技术的发展，出现了采用激光干涉照相法制作的衍射光栅，这种光栅称为全息光栅。
在磨制好的光栅毛坯上均匀涂布一层光敏物质，然后置于同一单色光源的两束激光干涉场中曝光。把明暗相同的干涉条纹记录在光敏层上。将已爆光的坯基浸入一种特殊的溶液中，涂层各部分由于所接受的曝光量不同而受到不同程度的溶蚀，从而在坯基上出现了与干涉条纹相当的槽线，最后在真空中镀上反射铝膜和保护膜就制成全息光栅。
全息光栅的特点为：（1）无鬼线，杂散光极小。（2）衍射效率较低，全息光栅的槽形通常为近似正弦波形，这种槽形不具备闪耀条件，没有明显的闪耀特性。据称，采用“离子蚀刻”技术的全息光栅，使光栅衍射效率得到较大提高。（3）分辨率高。由于全息技术使光栅刻线总数大幅度增加，因此色散率、分辨率也大幅度得到提高。4．常用的光栅光谱仪
4.1 帕邢-龙格（Paschen-Range）装置的光谱仪
Rowland指出，在曲率半径为R的凹面反射光栅的主截面上（即通过光栅中心而垂直于光栅刻线的平面），存在一个直径为R的圆。当狭缝和光栅都在这个圆上时，则这个圆就是狭缝衍象焦点的轨迹。这个圆称为罗兰（Rowland）圆，这时凹面光栅同时起到准直与聚焦的作用。
光栅方程同样也适用于凹面光栅：d(sinα+sinβ)=m? (m=0，±1，±2……)
但式中光栅常数d并不是光栅刻线间的距离d’，而是d’在弦上的投影，即d=d’cosα。在凹面光栅表面上，刻线是不等距离的，而光栅圆弧所对应的弦上是等距离的。由于凹面光栅曲率半径比罗兰圆大一倍，所以必须保证凹面光栅的中点与罗兰圆相切，其他各点对称地偏离罗兰圆。
Paschen-Range装置是以罗兰圆为基础的装置，其光路特点是光源、狭缝与凹面光栅固定在罗兰圆上，并在罗兰圆上安排许多出口狭缝和相应的光电倍增管，一次记录很宽的波长范围。为了减小200nm至450nm波长范围内的象散，通常采用27℃左右的入射
角。现代的仪器几乎都采用0.75-1米的焦距，2400条/mm以上的光栅。以满足0.3-0.4nm/mm的线色散率倒数。在Paschen-Range装置中，为了能测至450nm至800nm波长范围的谱线，通常需另加一块光栅，并以原级光栅的零级光为入射光进行色散（见右图）。这类装置已广泛应用于火化光电直读和多通道ICP光谱仪。
4.2 Ebert或Czerny-Turnet（C-T）装置的光谱仪
在Ebert装置（如下图）中，入射与出射狭缝分别位于光栅的各一侧，并用单个凹形球面镜作为准直与聚焦的元件。从位于球面镜焦面下的狭缝进入的光线投射到准直镜的下半部，并被发射到光栅上。经光栅衍射后的光束投射到准直镜的上半部并聚焦在出射狭缝处。由于这两次反射均发生在轴外，故无象差。此外，由于入射与衍射光束利用反射镜的不同部分。故不会产生严重的散射光。将光栅绕着单色仪的轴而转动，即可进行波长扫描以及选择特定的谱线。
在C-T装置（如图）中，用两个较小的凹面反射镜以取代Ebert装置中所使用的单个反射镜，C-T装置的光学特性与Ebert装置相似。C-T对于线性波长或线性波数的扫描较为理想。
现代单道扫描型ICP一般均采用这两种光学装置。光栅的驱动装置主要有步进马达直接驱动、正弦杆驱动和电磁驱动等。
电磁光栅驱动技术（如图）是一种新颖的高速而精确的波长扫描技术。我们知道发射光谱的谱线宽度仅为pm(10-12m)级，要准确测定光谱线的峰值波长并给出其强度值，需要光栅驱动装置有极高的动态波长定位精度。美国热电公司的电磁驱动（检流计驱动）技术不同于机械驱动，具有扫描速度快（2000nm/s）、精度高、无磨损、寿命长、维护简便等一系列特点。
4.3 中阶梯光栅光谱仪
中阶梯光栅结合棱镜实现二维交叉色散，光路结构如图。
中阶梯光栅光谱仪
由于中阶梯光栅经交叉色散后能给出面积较小，兼有较大波长范围和高分辨率及高色散率的二维光谱（见图）。因此，自70年代初就开始研究用成像器件作为二维光电检测器，到了90年代，固态二维成像器件（CID和CCD）的性能有了很大的进展，用中阶梯光栅光谱仪配用固态检测器的原子发射光谱仪得到迅速的发展。5．检测器——光电转换器件
光电转换器件是光电光谱仪接收系统的核心部分，主要是利用光电效应将不同波长的辐射能转化成光电流的信号。光电转换器件主要有两大类：一类是光电发射器件，例如光电管与光电倍增管，当辐射作用于器件中的光敏材料上，使发射的电子进入真空或气体中，并产生电流，这种效应称光电效应；另一类是半导体光电器件，包括固体成像器件，当辐射能作用于器件中光敏材料时，所产生的电子通常不脱离光敏材料，而是依靠吸收光子后所产生的电子-空穴对在半导体材料中自由运动的光电导（即吸收光子后半导体的电阻减小，而电导增加）产生电流的，这种效应称内光电效应。
光电转换元件种类很多，但在光电光谱仪中的光电转换元件要求在紫外至可见光谱区域（160-800nm）很宽的波长范围内有很高的灵敏度和信噪比，很宽的线性响应范围，以及快的响应时间。
目前可应用于光电光谱仪的光电转换元件有以下两类：即光电倍增管及固体成像器件。
5.1 光电倍增管
外光电效应所释放的电子打在物体上能释放出更多的电子的现象称为二次电子倍增。光电倍增管就是根据二次电子倍增现象制造的。它由一个光阴极、多个打拿极和一个阳极所组成，见图，每一个电极保持比前一个电极高得多的电压（如100V）。当入射光照射到光阴极而释放出电子时，电子在高真空中被电场加速，打到第一打拿极上。一个入射电子的能量给予打拿极中的多个电子，从而每一个入射电子平均使打拿极表面发射几个电子。二次发射的电子又被加速打到第二打拿极上，电子数目再度被二次发射过程倍增，如此逐级进一步倍增，直到电子聚集到管子阳极为止。通常光电倍增管约有十二个打拿极，电子放大系数（或称增益）可达108，特别适合于对微弱光强的测量，普遍为光电直读光谱仪所采用。
光电倍增管的窗口可分为侧窗式和端窗式两种，见图。
5.1.1光电倍增管的基本特性
1) 灵敏度和工作光谱区
光电倍增管的灵敏度和工作光谱区主要取决于光电倍增管阴极和打拿极的光电发射材料。当入射到阴极表面的光子能量足以使电子脱离该表面时才发生电子的光电发射，即1/2mv2=h?-ф,(h?为光子能量，ф为电子的表面功函数，1/2mv2为电子动能)。当h?<ф时，不会有表面光电发射，而当h?=ф时，才有可能发生光电发射，这时所对应的光的波长λ=C/?称为这种材料表面的阈波长。随着入射光子波长的减小，产生光电子发射的效率将增大，但光电倍增管窗材料对光的吸收也随之增大。显然，光电倍增管的短波响应的极限主要取决于窗材料，而长波响应的极限主要取决于阴极和打拿极材料的性能。一般用于可见-红外光谱区的光电倍增管用玻璃窗，而用于紫外光谱区的用石英窗。光阴极一般选用表面功函数低的碱金属材料，如红外谱区选用银-氧-铯阴极，可见光谱区用锑-铯阴极或铋-银-氧-铯阴极，而紫外谱区则采用多碱光电阴极或梯-碲阴极。
光电倍增管的灵敏度S是指在1lm的光通量照射下所输出的光电流强度，即S=i/F，单位为µA/lm。显然，灵敏度随入射光的波长而变化，这种灵敏度称为光谱灵敏度，而描述光谱灵敏度随波长而变化的曲线称为光谱响应曲线(见右图)，由此可确定光电倍增管的工作光谱区和最灵敏波长。例如我们常用的R427光电倍增管，其曲线偏码为250S，光谱响应范围为160-320nm，峰值波长200nm，光阴极材料Cs-Te，窗口材料为熔炼石英，典型电流放大率3.3×106。
2)
2) 暗电流与线性响应范围
光电倍增管在全暗条件下工作时，阳极所收集到的电流称为暗电流。对某种波长的入射光，光电倍增管输出的光电流为： i= KIi+i0，式中，Ii对应于产生光电流i的入射光强度，k为比例系数，i0为暗电流。由此可见，在一定的范围内，光电流与入射光强度呈线性关系，即为光电倍增管的线性响应范围。当入射光强度过大时，输出的光电流随光强的增大而趋向于饱和（见右图）。线性响应范围的大小与光阴极的材料有关。
暗电流的来源主要是由于极间的欧姆漏阻、阴极或其他部件的热电子发射以及残余气体的离子发射、场致发射和玻璃闪烁等引起。
当光电倍增管在很低电压下工作时，玻璃芯柱和管座绝缘不良引起的欧姆漏阻是暗电流的主要成分，暗电流随工作电压的升高成正比增加；当工作电压较高时，暗电流主要来源于热电子发射，由于光电阴极和倍增极材料的电子溢出功很低，甚至在室温也可能有热电子发射，这种热电子发射随电压升高暗电流成指数倍增；当工作电压较高时，光电倍增管内的残余气体可被光电离，产生带正电荷的分子离子，当与阴极或打拿极碰撞时可产生二次电子，引起很大的输出噪声脉冲，另外高压时在强电场作用下也可产生场致发射电子引起噪声，另外当电子偏离正常轨迹打到玻壳上会出现闪烁现象引起暗电流脉冲，这一些暗电流均随工作电压升高而急剧增加，使光电倍增管工作不稳定，因此为了减少暗电流，对光电倍增管的最高工作电压均加以限制。
3) 噪声和信噪比
在入射光强度不变的情况下，暗电流和信号电流两者的统计起伏叫做噪声。这是由光子和电子的量子性质而带来的统计起伏以及负载电阻在光电流经过时其电子的热骚动引起的。输出光电流强度与噪声电流强度之比值，称为信噪比。显然，降低噪声，提高信噪比，将能检测到更微弱的入射光强度，从而大大有利于降低相应元素的检出限。
4) 工作电压和工作温度
光电倍增管的工作电压对光电流的强度有很大的影响，尤其是光阴极与第一打拿极间的电压差对增益（放大倍数）、噪声的影响更大。因此，要求电压的波动不得超过0.05%，应采用高性能的稳压电源供电，但工作电压不许超过最大值（一般为-900v-1000v），否则会引起自发放电而损坏管子，工作环境要求恒温和低温，以减小噪声。
5) 疲劳和老化
在入射光强度过大或照射时间过长时，光电倍增管会出现光电流衰减、灵敏度骤降的疲劳现象，这是由于过大的光电流使电极升温而使光电发射材料蒸发过多所引起。在停歇一段时间后还可全部或部分得到恢复。光电倍增管由于疲劳效应而灵敏度逐步下降，称为老化，最后不能工作而损坏。过强的入射光会加速光电倍增管的老化损坏，因此，不能在工作状态下（光电倍增管加上高压时）打开光电直读光谱仪的外罩，在日光照射下，光电倍增管很快便损坏。5.1.2光电测量原理
光电检测的原理一般是通过光电接受元件将待测谱线的光强转换为光电流，而光电流由积分电容累积，其电压与入射光的光强成正比，测量积分电容器上的电压，便获得相应的谱线强度的信息。不同的仪器其检测装置具有不同的类型，但其测量原理是一样的。其光电检测系统主要有以下四个部分组成：1.光电转换装置，2.积分放大电路及其开关逻辑检测，3.A/D转换电路，4.计算机系统。
5.2 固态成像器件
固态成像器件是新一代的光电转换检测器，它是一类以半导体硅片为基材的光敏元件制成的多元阵列集成电路式的焦平面检测器，属于这一类的成像器件，目前较成熟的主要是电荷注入器件（CID）、电荷耦合器件（CCD）。(见图)
Denton与其同事们是将电荷耦合与电荷注入检测器（Charge-Coupled Detector and Charge-InjectionDetector，简称CCD与CID）用于原子光谱分析的主要推动者。在这两种装置中，由光子产生的电荷被收集并储存在金属-氧化物-半导体（MOS）电容器中，从而可以准确地进行象素寻址而滞后极微。这两种装置具有随机或准随机象素寻址功能的二维检测器。可以将一个CCD看作是许多个光电检测模拟移位寄存器。在光子产生的电荷被贮存起来之后，它们近水平方向被一行一行地通过一个高速移位寄存器记录到一个前置放大器上。最后得到的信号被贮存在计算机里。
CCD器件的整个工作过程是一种电荷耦合过程，因此这类器件叫电荷耦合器件。对于CCD器件，当一个或多个检测器的象素被某一强光谱线饱和时，便会产生溢流现象。即光子引发的电荷充满该象素，并流入相邻的象素，损坏该过饱和象素及其相邻象素的分析正确性，并且需要较长时间才能便溢流的电荷消失。为了解决溢流问题，应用于原子光谱分析的CCD器件，在设计过程中必须进行改进，例如：进行分段构成分段式电荷耦合器件（SCD），或在象表上加装溢流门，并结合自动积分技术等。
CID是一种电荷注入器件（Charge-Injected Device），其基本结构与CCD相似，也是一种MOS结构，当栅极上加上电压时，表面形成少数载流子（电子）的势阱，入射光子在势阱邻近被吸收时，产生的电子被收集在势阱里，其积分过程与CCD一样。
CID与CCD的主要区别在于读出过程，在CCD中，信号电荷必须经过转移，才能读出，信号一经读取即刻消失。而在CID中，信号电荷不用转移，是直接注入体内形成电流来读出的。即每当积分结束时，去掉栅极上的电压，存贮在势阱中的电荷少数载流子（电子）被注入到体内，从而在外电路中引起信号电流，这种读出方式称为非破坏性读取（Non-Destructive ReadOut）,简称：NDRO（见图）。CID的NDRO特性使它具有优化指定波长处的信噪比（S/N）的功能。
同时CID可寻址到任意一个或一组象素，因此可获得如“相板”一样的所有元素谱线信息。（见下图）
与传统的光电转换器件相比，应用于原子光谱的CID和CCD具有很高的光电效应和量子效率，在-40度的低温下，暗电流很小，检测速度快，线性范围可达107-9，可制成平面陈列结构，体积小，具有天然的多通道同时测定及二维测量的特点，因此很受光谱学者的关注。自90年代初以来，随着制造技术的成熟、性能的提高，固态成像器件已成为原子发射光谱最理想的光电转换器件。6. 等离子体原子发射光谱仪几种类型
6.1 ICAP 61E多通道ICP
ICAP61E多通道ICP是装有多个出射狭缝及其光电接收系统（称为通道），因而能同时检测多个元素的光电直读型光谱仪。通常装有15-48个通道，最多可达61个通道（见图）。该仪器具有分析速度快、分析精度高、节省样品等优点，最适于大批量样品的常规分析。
ICAP 61E多通道ICP
6.1.1分光系统
采用0.75米Rowland园的Paschen-Runge装置。凹面反射光栅和入射狭缝位于Rowland园上，因而其线象（谱线）也在Rowland园上，这样便于安置出射狭缝。凹面光栅为2400条/nm刻线的全息光栅，波长范围165-500nm，一级谱线的分辩率为0.016nm，二级谱线的分辩率为0.008nm。利用凹面光栅出射的零级光谱经一个附助光栅色散分光，以供安装Li、Na、K、Rb、Cs等长波通道（见上图）。各分析通道以光电倍增管为光电转换器件，针对不同的波长分别采用R427（远紫外）、R300（紫外）、R889（可见）三种类型的光电倍增管，同时有三种不同的测量积分卡（积分电容分别为0.001?F、0.01?F、0.1?F）可选，以得到最好的测量范围。为了减少杂散光，消除级次重叠干扰，同时也为了使各分析谱线严格对准各通道光电倍增管，在各分析通道的出射狭缝前安装不同类型的滤光折光片，其中165-256nm的谱线采用石英滤光折光片，256-365nm的谱线采用紫色CORAX滤光折光片，365-500nm的谱线玻璃滤光折光片，500-800nm的谱线采用黄色滤光折光片。整个分光系统置于35℃±0.5℃的恒温环境中，以减少温度漂移所导致分光系统色散产生的差异。同时，相应地对温度的变化做补偿调节，利用入射狭缝后的一折光片光谱移位器的微调，以实现相应的谱线准确地对准出射狭缝。为便于调节，一般设有汞灯，每天工作前，用Hg435.8nm谱线进行“描迹”（Profire）,也可以用某一个元素的谱线(例如Cd2265nm)进行日常“描迹”。为了能测定<190nm的远紫外谱线，分光系统采用真空或驱气方式，以除去光路中的空气（氧气）。因为空气中的氧气对<190nm的谱线会产生吸收，且波长越短，吸收越严重。
光谱移位器是用计算机控制步进马达驱气的石英折射片，安装在入射狭缝的后面。其作用为：1.谱线校正，即前面所说的“描迹”。2.背景校正，3.获得谱线其近旁的光强分布图。
6.1.2 等离子体光源
采用晶体控制型RF发生器，最大功率为2Kw，频率为27.12MHz或40.68MHz，自动调揩、闭环控制、直接耦合。等离子体的观察方式有垂直观察（Radial）、水平观察（Axial）和双向观察（Duo）三种配置。炬管为可折式炬管。冷却气流量为8-15L/min，辅助气流量为0-1.5/min四级可调，雾化气压力为0-45psi连续可调。配备内置式3或4通道蠕动泵，泵速0-200rpm可调，垂直观察方式的进样系统为正交型雾化器、桶形雾化室；水平和双向观察方式的进样系统为Meinhard同心型雾化器、旋流蠕化室。
在水平观察的ICAP61ETrace Analyzer上采用了Crawford-Kunsleman噪声递减技术，该技术对降低As、Se、Tl等元素的检出限非常有用。C-K技术的核心之处在于每个测定元素（如Pb）采用两个分析通道，如Pb在220.353nm的一级谱线安装一个分析通道（Pb2203/I），同时在220.353nm的二级谱线安装另一个分析通道（Pb2203/II）,且这两个Pb通道的谱缝位置成相反方向偏离中心位置，表现在谱图上的谱峰中心位置在±30处（如图所示）。在分析时，首先在0位爆光，两个通道（Pb2203/I和Pb2203/II）分别测定背景信号；然后在+30处爆光，此时Pb2203/I通道测量Pb的谱线信号，而Pb2203/II通道继续测量背景信号；再在-30处爆光，此时Pb2203/I通道测量为背景信号，而Pb2203/II通道测量的是谱线信号，在采集了以上三次爆光的信息后，再经一系列的软件统计运算，即可得到经C-K技术后的结果。
ICAP61E Trace Analyzer光谱仪的主要性能：
3 以1ppm或10ppm的标准，连续测定10次的短期稳定性RSD<0.5%。
4 在实验室环境条件保证的前提下，以1ppm或10ppm的标准连续测定4小时的长期稳定性RSD一般在2%左右。
5 保证检出限和测量范围（ppm）
Element Wavelength(nm) Range(PPM) Element Wavelength(nm) Range(PPM)
Ag 328.068 0.001-25 Au 242.795 0.002-5
Al 308.215 0.007-500 As 193.696 0.003-50
B 249.678 0.002-50 Ba 493.409 0.0001-25
Be 313.042 0.0001-25 Bi 223.061 0.004-100
Ca 393.366 0.00006-10 Ca 317.933 0.002-500
Cd 226.502 0.0005-10 Co 228.616 0.001-25
Cr 267.716 0.0009-50 Cu 324.754 0.0007-50
Fe 259.940 0.0008-50 K 766.491 0.035-25
Mg 279.079 0.007-500 Mn 257.610 0.00015-50
Mo 202.030 0.001-50 Ni 231.604 0.001-25
P 178.287 0.008-100 Pb* 220.353 0.002-25
S 182.040 0.010-200 Sb 206.838 0.003-50
Sc 361.384 0.00008-10 Si 288.158 0.004-50
Se* 196.026 0.003-50 Sn 189.999 0.004-50
Sr 421.553 0.0005-10 Ti 334.941 0.0002-10
Tl 190.864 0.003-50 V 292.402 0.001-100
Y 371.030 0.0003-10 Zr 339.198 0.0015-10
Zn 206.200 0.0008-100
*使用Crawford-Kunsleman 噪声递减技术
6.2 Atomscan单道扫描型ICP光谱仪
单道扫描型ICP是一种灵活、快速而价廉的ICP光谱仪，自八十年代初投入商品生产以来，曾以设计思想活跃、灵活方便而迅速发展。由于是扫描方式测定，因此该类型仪器能够测定波长范围内的任意一条谱线，从而有效克服了多通道ICP光谱仪元素和波长限制、分析参数单一的问题，曾在高校、科研等领域得到广泛的应用。但单道扫描型ICP存在分析速度慢，工作效率低，分析精度较差的问题。随着九十年代以半导体为检测器的全谱直读型ICP的迅速崛起，特别是最近这几年全谱直读型ICP的价位的降低，单道扫描型ICP正在逐步减小其市场占有。
6.2.1分光系统
Atomscan单道扫描型ICP采用Ebert单色仪（见图），焦距为50cm。以单个凹形球面镜作为准直与聚焦的元件，无象差且杂散光小。以光栅绕着单色仪的轴而转动，实现波长扫描和选择特定谱线。光栅为2400条/mm+1200条/mm复合全息光栅，双闪耀波长（380nm和700nm），该仪器的波长范围为165nm-900nm，二级谱线的分辨率为<0.010nm，整个分光系统采用防振垫设计，38±0.1℃恒温，并以氮气或氩气驱除光路中的氧气，以测定<190nm以下的谱线。
Atomscan的Ebert单色仪 Atomscan单道扫描型ICP
Atomscan采用独特的电磁（检流计）光栅驱动技术（见图），其特点是反应速度快，扫描速度可达2000nm/s。其驱动扫描原理（见图）是：
电磁光栅驱动技术
由传感器给出光栅位置反馈信号，由计算机控制的D/A变换器给出所需的波长信号，两者同时输入何服放大器，若两者不一致，便有信号输入感应线圈，驱动感应线圈上的转子转动光栅，使其转到两种信号相一致的位置，从而实现谱线的任意选择。这种驱动机构的步长精度可达0.0005nm，且无磨损问题，是一种高速而精密的波长扫描装置。Atomscan采用内置汞灯进行波长校正，采用两套光电倍增管检测电路，分别响应紫外和可见谱线，并在分析过程中自动调整光电倍增管的负高压，以获得较好的灵敏度和稳定性。
6.2.2 等离子体光源
Atomscan单道扫描型ICP的等离子体光源采用晶体控制型RF发生器（Atomscan Advantage采用全固态晶体控制型RF发生器），最大RF功率为2KW，750W-1750w6级可调，频率为27.12MHz或40.68MHz。自动调谐、闭环控制、直接耦合。等离子体的观察方式由垂直观察（Radial）和水平观察（Axial）两种配置，炬管为可折式炬管。冷却气流量为8-14 L/min，轴助气流量0-1.5L/min，雾化气压力为0-45psi，分析参数可根据不同的测定元素自动调整。
Atomscan单道扫描型ICP的进样系统采用内置3-4通道蠕动泵，早期的垂直观察型仪器（Atomscan16单道扫描型ICP）采用正交型雾化器和柱型雾化室，水平观察型仪器和Atomscan Advantage采用同心型雾化器和旋流雾化室。
13) RF功率：几乎所有的谱线强度都随功率的增加而增加。但功率过大也会带来背景辐射增强，信背比变差，检出限反而不能降低。对于水溶液样品，一般选用的功率为950w-1350w，对于溶液中含有机试剂或有机溶剂的样品，为使有机物充分分解，一般选用1350w-1550w的功率。在测定易激发又易电离的碱金属元素时，可选用更低的功率（750w-950w），而在测定较难激发的As、Sb、Bi等元素时，可选用1350w的功率。
14) 雾化气流量（压力）：雾化气的作用已如上述，其大小直接影响雾化器提升量、雾化效率、雾滴粒烃、气溶胶在通道中的停留时间等。因此要根据每个具体的雾化器精心选择并在分析过程中保持一致。对于目前广泛使用的Menhard和GE同心型雾化器，雾化压力通常在22-35psi间选择（最常用的是26-30psi），对于“较难”激发元素如As、Sb、Se、Cd等元素的测定可选用较小的雾化压力（24-26psi）,使气溶胶在通道中停留较长的时间，更有利于激发发射，对于K、Na等易激发又易电离的元素的测定，可选用较高雾化压力（32-35psi），使气溶胶在通道中停留时间较短，且雾化得更好，以获得更低的检出限。
15)
41) 观察高度：在炬管垂直放置的情况下，采用侧向采光，各种元素的最佳激发区因元素而异。具有较难激发的原子谱线的元素如As、Sb、Se等，它们的最佳激发区在ICP通道偏低的位置。而具有较易激发的离子谱线的元素如碱土族元素，周期表的第三、四副族元素，其最佳激发区则应在ICP通道偏高的位置。易激发又易电离的碱金属元素，在通道较低位置则绝大部分成为很难激发的离子状态。只有在通道的较高位置为最佳观察区域。所谓的观察离度是指工作线圈的顶部作为起点向上计算（如图所示）。而原子发射光谱分析的一个重大优势是多元素同时分析，因此曝光高度与其他参数一样，很难仅考虑个别元素的最佳观察高度，必须兼顾一次采样分析所有待测元素，所以一般采用折中的观察高度。在调试仪器时，一般以1ppm的Cd元素来选择最佳的观察高度（通常在15mm左右）。另可通过辅助气的改变可使观察高度在13-17mm间调整。
42) 频率：在一般情况下ICP的频率并不认为是重要的参数，目前常用的频率为27.12MHz与40.68MHz，这是为了避免与广播通讯相干涉而专门留给工业部门使用的频率，也比较适合于产生ICP，所以正规的ICP发生器都采用这个指定的频率。
2. 7 水平观察ICP光源
水平观察ICP光源是采用水平放置ICP炬管，从ICP焰锥顶端采光，使整个通道各个部分的光都可通过狭缝，换言之即通道与光轴重合。水平观察ICP光源的好处是整个通道各个部分的光都可被采集，从而提高了各元素的灵敏度，降低了检出限，但水平观察的基体效应要比垂直观察大，且存在一定的易电离干扰的问题，同时由于炬管是水平放置，要包含整个等离子体，炬管易沾污，RF功率也不能太高（一般不超过1350w）。
2. 8 双向观察ICP光源
在水平观察ICP光源的基础，增加一套侧向采光光路，实现垂直/水平双向观察，如图所示，当切换反射镜M移开时，ICP为轴向采光，此时等同于水平观察ICP，当切换反射镜M切入时，挡住了轴向的光。ICP光源由侧向采光，经反镜M1、M2和切换反射镜通过狭缝，即为垂直观察。切换反射镜M由计算机控制，可实现全部元素谱线水平测量，全部元素垂直测寂静，部分元素谱线水平测量，部分元素谱线垂直测量的工作方式，双向观察能有效解决水平观察中存在的易电易干扰，进一步扩宽线性范围。2. 9 RF发生器
RF发生器通过工作线圈给等离子体输送能量，维持ICP光源稳定放电，目前ICP的RF发生器主要有两种震荡类型，即自激式和它激式。
2. 9.1 自激式RF发生器
自激式RF发生器又称自由振式RF发生器，它有整流电源、振荡回路和电子管功率放大器三部分组成。
整流电源是由三相电源经升压、三相全波整流及L、C滤波提供电子管功率放大器所需的直流高压（3千伏）。
其振荡回路是由一个电容和一个电感组成的并联回路，当有外加电源时，回路内将产生振荡信号，回路能量交替地储存在电容和电感上。当回路中电阻很小时，即 R< 2（L/C）1/2，其振荡频率为：f=1/{2?（L/C）1/2 }。
由于回路电阻的存在，每次振荡总要消耗部分能量，使振荡受到阻尼，为了维持等辐振荡，并保持一定的输出功率，使用电子管功率放大器，把L-C振荡回路的信号正反馈一部分供给放大器的栅极，经功放后再输出给L-C回路，这样L-C回路不断地从放大器取得能量，除反馈一部分外，大部分能量用电感耦合方式供给等离子体，从而维持稳定的等辐振荡和功率输出。信号正反馈的形式国外多采用电容反馈型，而国内生产的则多采用电感反馈型。
自激式振荡器的主要特点是结构简单、价格低廉、制造调试比较容易，在技术指标上能基本满足光谱分析要求，但其主要的缺点是频率稳定性及功率稳定性较差，这主要是由于等离子体负载是作为振荡回路的一部分，负载的改变将影响L-C振荡器的频率及回路的工作状态。
2. 9.2它激式RF发生器
它激式RF发生器又称晶体控制型RF发生器，它与自激式不同，它是利用石英晶体的压电效应构成振荡器也取代L-C振荡回路的电容、电感元件。
将石英晶体按一定方位角切制成一块正方形（或长方形或圆形）簿片，在晶片的两个对应表面上喷涂金属板，就可构成石英晶体振荡器。当晶体片上加上一个电场，就会使晶片发生机械形变，相反，在晶体片上加一个机械力又会在相应的方向上产生电场，这种现象称石英晶体的压电效应。若在晶片上下的金属板上施加变电压，就会产生相应的机械形变，即机械振动，通常情况下，这种形变振幅很小，当外加交变电压为某一特定频率时，振幅会突然啬，这种现象为压电谐振，这一频率称为晶体的谐振频率，它和晶体的尺寸有关。
在它激式振荡器中，常应用一个频率为27.12MHz或40.68MHz的石英晶体振荡器作为振源，经过两级功率放大，就可得到27.12MHz或40.68MHz，2.0Kw的输出信号。通过匹配网络和同轴电缆传输到负载线圈上。这类发生器频率稳定度高，耦合效率好，功率输出易于自动控制，但放电回路的电学特性的任何微小变化，会导致阻抗失配，需调节至最佳匹配，仪器线路比较复杂，成本较高，但性能较好。
ThermoElemental公司的的ICP均采用晶体控制型RF发生器，其结构框图如下：
晶体控制型RF发生器的高功率输出采用多级放大后才获得，它包括：
3) RF源放大：由石英晶体振荡器（27.12MHz）和放大电路组成，受来自AGC（自动增益控制）的反馈电压和计算机给定的控制，其输出是稳定的、最大功率为3w的高频信号。
4) RF驱动放大：它介于源放大和功率放大之间，其作用是放大RF源放大级的高频信号，以驱动功率放大器，并隔绝源振荡器以改善稳定性，驱动放大级的最大输出功率为65w。
5)
10) RF功率放大：它主要由大功率电子管（3cx1500A）来实现高频信号的进一步放大，并通过工作线圈把RF功率耦合到等离子体上。功率放大级的最大输出功率可达2Kw。
11) 匹配网络：在以上各级放大器之间均存在阻抗匹配网络，是为RF功率在各级间传输中获得最高的效率。其中功率放大级的输入、输出匹配网络十分重要，输入匹配采用Л型匹配电路，如右图调整匹配电容Cl和C2，使输入功率放大级的反射功率几乎为零。输出匹配为自动匹配（Auto-Turning），自动跟踪等离子体负截的变化，使等离子体始终获得最高的功率传输效率。
12) 自动增益控制（AGC）：它的作用是自动调整整个RF发生器的放大倍数，不管等离子体的阻抗以及等离子体与负载线圈耦合有何变化，始终保证等离子体的功率恒定不变。AGC同时又受计算机控制，以实现RF功率的计算机控制。
13) 工作线圈：工作线圈的作用是把RF发生器的高频能量，耦合到等离子体。由于高频电流倾向于在导体表面流动（即趋肤效应），工作线圈是由2.5圈镀银外层的空心铜管制成，内通冷却水冷却。为了防止其表面腐蚀或匝间高压放电，工作线圈外套一层四氟乙烯。
14) 电源系统（POWER UNIT）：为RF发生器提供各种电源，包括：+5V、+12V、±15V、+48V、+3800V和120VAC。 其中+48V提供给RF驱动放大， +3800V提供给RF功率放大。该电源系统具有各种保护，并通过其电源控制单元（Power UnitControl）实现与整个仪器的通讯和控制。
2.9.3固态式RF发生器
固态式RF发生器是用一组固态场效应管（一般是十几只配对）来替代经典RF发生器中的大功率电子管，以获得大功率高频能量输出。固态式RF发生器具有更小的体积，有利于仪器的小型化。2. 10 ICP光谱分析的干扰
ICP光源从本质说是由一个高温光源（包括RF发生器及炬管等）和一个高效雾化器系统所组成。从ICP问世到如今的大量实践证明，这种光源所进行的分析其所以具有较高精度和准确度，和光源中的干扰较小是分不开的。但是这并不是说它不存在干扰的问题。现就ICP光谱分析中出现的干扰问题分述如下。
1 物理因素的干扰
由于ICP光谱分析的试样为溶液状态，因此溶液的粘度、比重及表面张力等均对雾化过程、雾滴粒径、气溶胶的传输以及溶剂的蒸发等都有影响，而粘度又与溶液的组成，酸的浓度和种类及温度等因素相关。
溶液中含有机溶剂时，粘试与表面张力均会降低，雾化效率将有所提高，同时有机试剂大部分可燃，从而提高了尾焰的温度，结果使谱线强度有所提高，当溶液中含有有机溶剂时ICP的功率需适当提高，以抑制有机试剂中碳化物的分子光谱的强度。
除有机溶剂外，酸的浓度和种类对溶液的物理性质也有明显的影响，在相同的酸度时，粘度以下列的次序递增HCl≤HNO3
2 光谱干扰
光谱干扰是ICP光谱分析中最令人头痛的问题，由于ICP的激发能力很强，几乎每一种存在于ICP中或引入ICP中的物质都会发射出相当丰富的谱线，从而产生大量的光谱“干扰”。光谱干扰主要分为两类，一类是谱线重叠干扰，它是由于光谱仪色散率和分辨率的不足，使某些共存元素的谱线重叠在分析上的干扰。另一类是背景干扰，这类干扰与基体成分及ICP光源本身所发射的强烈的杂散光的影响有关。对于谱线重叠干扰，采用高分辨率的分光系统，决不是意味着可以完全消除这类光谱干扰，只能认为当光谱干扰产生时，它们可以减轻至最小强度。因此，最常用的方法是选择另外一条干扰少的谱线作为分析线，或应用干扰因子校正法（IEC）以予校正。对于背景干扰，最有效的办法是利用现代仪器所具备的背景校正技术给予扣除。
3 化学干扰
ICP光谱分析中的化学干扰，比起火焰原子吸收光谱或火焰原子发射光谱分析要轻微得多，因此化学干扰在ICP发射光谱分析中可以忽略不计。
4 电离干扰与基体效应干扰
由于ICP中试样是在通道里进行蒸发、离解、电离和激发的，试样成分的变化对于高频趋肤效应的电学参数的影响很小，因而易电离元素的加入对离子线和原子线强度的影响比其他光源都要小，但实验表明这种易电离干扰效应仍对光谱分析有一定的影响。对于垂直观察ICP光源，适当地选择等离子体的参数，可使电离干扰抑制到最小的程度。但对于水平观察ICP光源，这种易电离干扰相对要严重一些，目前采用的双向观察技术，能比较有效地解决这种易电离干扰。此外，保持待测的样品溶液与分析标准溶液具有大致相同的组成也是十分必要。例如在岩矿分析中，常用碱溶法或偏硼酸里分解样品，给溶液带来大量的碱金属盐类。任何时候，两者在物理、化学各方面性质的匹配是避免包括电离干扰在内的各种干扰，使之不出现系统误差的重要保证。
基体效应来源等离子体，对于任何分析线来说，这种效应与谱线激发电位有关，但由于ICP具有良好的检出能力，分析溶液可以适当稀释，使总盐量保持在1mg/ml左右，在此稀溶液中基体干扰往往是无足轻重的。当基体物质的浓度达到几mg/ml时，则不能对基体效应完全置之不顾。相对而言，水平观察ICP光源的基体效应要稍严重些。采用基体匹配、分离技术或标准加入法可消除或抑制基体效应。3．光谱仪的分光（色散）系统
复合光经色散元素分光后，得到一条按波长顺序排列的光谱，能将复合光束分解为单色光，并进行观测记录的设备称为光谱仪。无论是在单道扫描型还是多通道型或全谱直读型的任何光谱仪中，通常都希望：(a)有适当的波长范围和波长选择，(b)能从被检测的辐射源的特定区域里采集尽可能多的光。为达到这两个目标，系统将包括：(a)一个入射狭缝；它提供与狭缝尺寸相同的的辐射光带，(b)一个能产生一束平行光的准直器，(c)一个或两个组合的色散元件，(d)一个能使被色散的特定狭窄光带重显的聚焦元件，(e)一个或多个能使所需光带分离的出射狭缝（全谱直读型仪器无需出射狭缝）。在ICP光谱仪的分光系统中，采用的色散元件几乎全都是光栅，在一些高分辨率的系统中，棱镜也是分光系统中的一个组成部件。
3.1 衍射光栅
平行、等宽而又等间距的多缝装置称为衍射光栅。它是利用光的衍射和干涉现象进行分光的一种色散元件，衍射光栅有透射式和反射式两种，光谱仪常用的是反射光栅，它的缝是不透明的反射铝膜。在一块极其平整的毛坏上镀上铝层，刻上许多平行、等宽而又等距的线槽，每条线槽起着一个“狭缝”的作用，每毫米刻线有1200条、2400条或3600条，整块光栅的刻线总数几万条到几十万条。
反射光栅从形状上可分为平面光栅，凹面光栅和阶梯光栅，从制作方法上又可分为机刻光栅和全息光栅。
在一般的反射光栅中，由于光栅衍射中没有色散能力的零级衍射的主极大占去衍射光强的大部分（80%以上），随着主极大的级次增高，光强迅速减弱（见右图）。因此，使用这种反射光栅时，其一较弱，二级衍射更弱。为解决这个问题，将光栅的线槽刻成锯齿形，使其具有定向“闪耀”能力，把能量集中分布在所需的波长范围。光栅复制技术的发展，大大降低了生产成本并缩短生产周期，使光栅得到广泛应用。
3.1.1平面反射光栅
1) 光栅方程
根据光的衍射和干涉原理，当平行光束以α角入射于光栅时，则在符合下述方程的角β方向上获得最大光强。
d(sinα+sinβ)=m? (m=0 ±1 ±2)
其中d-光栅常数，即相邻两缝的间距，α-入射角，β-出射角，m-衍射级次，或称为光谱级次，?-衍射光的波长。
2) 平面反射光栅的特点
m) 根据光栅方程，当光栅常数d为定值时，对于同一方向（α一定）入射的复合光在同级光谱（m一定）中，不同波长?有不同的衍射角β与之对应，因而可在不同的衍射方向之获得不同波长的谱线（主极大）。这就是光栅的色散原理。
n) 对一定波长?的单色光而言，在光栅常数d和入射角α固定时，对于不同级次m(m=0 ±1 ±2……)可得到不同角β的衍射光，即同一波长可以有不同级次的谱线（主极大）。
o) 对于复合光，当m=0时，在β=-α的方向上，任何波长都可使光栅方程成立，即在此方向上，光栅的作用就象一面反射镜一样，将得到不被分光的零级光谱，入射光束中的所有波长都叠加在零级光谱中。当d和α为固定值时，对于不同波长、不同级次的光谱，只要其乘积m?等于上述定值，则都可以在同一衍射角β的方向上出现,即
m1?1=m2?2= m3?3=……
例如，一级光谱中波长为?的谱线和波长为?/2的二级谱线，波长为?/3的三级谱线……重叠在一起（如图）。这种现象称为光谱级次的重叠。它是光栅光谱的一个缺点，对光谱分析不利，应设法予以清除。在平面光栅光谱仪中，常用不同颜色的滤光片来消除这种级次重叠。同时为了获得足够的光能量，在ICP光谱分析中，通常选择第一级（m=1）或第二级次（m=2）的光谱谱线。
3) 平面光栅光谱仪的主要性能
a) 色散率：光谱在空间按波长分离的程度称为色散率，b) 其表示方法有角色散率（dβ/d?）和线色散率（dl/d?）两种，c) 通常以线色散率倒数d?/dl表示仪器的色散能力，d) 其单位为nm/mm。
光栅的角散率：dβ/d?=m/(d?cosβ)
由此可见，角色散率与光谱级次m成正比。对于给定的波长范围，由于平面光栅的β较小（0-8°），cosβ变化不大（1-0.99），因而在同一个级次下，角色散率几乎不变；二级光谱的角色散率为一级光谱角色散率的两倍。
在Ebert装置的平面光栅仪中，焦平面与光轴垂直, β=0-8°时，cosβ?1。此时线色散率倒数为：
dλ/dl?d/(f•m) f为成像物镜的焦距。
可见，线色散率倒数与成像物镜的焦距f、衍射光谱级次m成反比，即采用长焦距和高衍射级次的光谱有利于提高线色散率。同时平面光栅光谱仪的线色散率倒数只有在β角很小的情况下才接近常数，即随波长的增加，线色散率倒数几乎不变。
e)
分辨率：仪器的分辨率又称分辩本领，f) 是指g) 仪器两条波长相差极小的谱线，h) 按Rayleigh原则可分开的能力。所谓Rayleigh原则，i) 指j) 一条谱线的强度极大值恰好落在另一条强度相近的谱线的强度极小值处，k) 若此时这两条谱线刚能被分开，l) 则这两条谱线的平均波长λ与波长差Δλ之比值，m) 称为仪器的理论分辨率R，n) 即R=λ/Δλ。对于平面光栅，o) 理论分辨率R=λ/Δλ=m•N，p) 由此表明光栅的分辨率为光谱级次m与总刻线N的乘积，q) 不r) 随波长改变而s) 改变。
当级次m增加时，角色散率、线色散率及分辨率均随之增加。这时光栅偏转的角度也越大，它在衍射方向的投影也越少，因而光栅的有效孔径也随之越小，因此，光谱强度也相应减弱。
实际分辨率由于受许多客观误差因素的影响，总是比理论分辨率差，一台单色仪的分辨率是它能分辩的最小波长间距，这个波长间距不但有赖于仪器的分辩本领，而且也与狭缝的宽度、狭缝的高度及光学系统的完善性有关。在扫描式单色仪中，分辨率通常用半强度带宽值报出（如图）。
谱线是狭缝的单色像，虽然采用窄狭缝对提高分辨率有利，但是，如果用太窄的狭缝就会使光强度明显地减弱，在平面光栅的ICP光谱仪中用的狭缝宽度一般为20um左右。3.1.2闪耀光栅
前面介绍的一般光栅具有色能力。但衍射能量的80%左右集中在不分光的零级光谱中，而有用的一、二级光谱依次减弱，因而实用价值很低。为了克服这一缺点，适当地改变反射光栅的刻槽形状，使起“狭缝”作用的反射槽面和光栅平面形成一定的倾角?，如图，即可将入射光的大部分能量集中到所需衍射级次的某个衍射波长附近，该波长称为?闪耀波长?，这种现象称为光栅的闪耀作用，这种光栅称为闪耀光栅，也称小阶梯光栅，倾角?为闪耀角。
闪耀光栅的主要好处在于可使光能量集中在第一光谱级次（m=1）的λb与第二光谱级次（m=2）的λb/2附近。
c) 在?自准?条件下（?=?=?），闪耀波长与闪耀角的关系为2dSin?=m•λbm，可根据需要的闪耀波长λbm来设计相应的闪耀角?。
d)
e) 光栅的闪耀并非只限于闪耀波长，而是在该闪耀波长附近的一定范围内也有相当程度的闪耀。
f) 如图表示为闪耀光栅的特性。这种光栅的一级闪耀波长λb1=560nm，有86%的光强集中在一级，而其余14%被分配在零级和其他各级中。从该图可以看出，该光栅的二级光栅光谱的闪耀波长λb2=560/2=280nm，实际上，光强的分布难与理论值完全相符，因为光栅刻线形状不可能精确地控制使其完全一致，图中表现了两条曲线的差别。
总之，闪耀光栅可将某一波长的75-85%的光强集中到某一级次上，从而消除了一般光栅把光强集中在零级，而使其他级次的谱线变得很弱的缺点。
3.1.3中阶梯光栅（echelle）
线色散率、分辨率、集光本领是评价光谱仪性能的重要指标，而这些性能又主要取决于所采用的色散元件—光栅，制造高性能的光栅一直是光谱仪技术追求的目标。
从光栅色散率公式可知，在自准条件下（?=?=?）
dl/dλ=(m•f)/(d•cos?)
提高线色散率可采用长焦距f、大衍射角?、高光谱级次m、减少两刻线间的距离d（提高每毫米刻线数）。
从光栅分辨率公式可知
R=λ/?λ=m•N
提高分辨率可增加光栅刻线总数N、用高衍射级次来解决。
在常规的光栅设计中，都是通过增加每毫米刻线数来提高线色散率和分辨率。事实上由于制造技术及成本原因，精确、均匀地在每毫米刻制2400条线已很困难，采用全息技术制造的全息光栅最高可达10000条，但由于槽面成正弦形，使闪耀特性受影响，集光效率下降。
1949年美国麻省理工学院的Harrison教授摆脱常规光栅的设计思路，从增加衍射角?，利用?短槽面?获得高衍射级次m着手，增加两刻线间距离d的方法研制成中阶梯光栅（Echelle），这种光栅刻线数目较少（8-80条），使用的光谱级次高（m=28-200），具有光谱范围宽、色散率大、分辨率好等突出优点。但由于当时无法解决光谱级次间重叠的问题，在五、六十年代未受到重视，直到七十年代由于实现了交叉色散，将一维光谱变为二维光谱，方得到实际应用，随着九十年代初二维半导体检测器（CID）和(CCD)的应用，中阶梯光栅的优点才在ICP光谱分析中充分的展显出来。
光栅方程d(Sin?+Sin?)=mλ 同样也适用于中阶梯光栅。在“自准”（?=?=?）时，m=2d•Sin?/λ。
中阶梯光栅不同于平面光栅，采用刻槽的“短边”进行衍射，即闪耀角?很大（60°-70°）；采用减少每毫米刻线数，即增大光栅常数d，因此，光谱级次m大大增加。例如IRISAd.全谱直读ICP的光栅刻线为52.6条/mm，闪耀角?=64°，可计算出对应λ=175nm的光谱级次m=189级，对应λ=800nm的光谱级次m=42级。
对于衍射级次从42-189时，其闪耀波长分别在800-175nm光谱分析段内，且这些闪耀波长间隔较近，即形成全波长闪耀，如图。
中阶梯光栅的角散率：d?/dλ=(2•tg?)/λ
线色散率dl/dλ=(2•f•tg?)/λ
分辩率R=λ/?λ=2•W/(λ•Sin?)
从上面三个公式可知，中阶梯光栅的角色散率、线色散率和分辩率都与衍射角?有关，并随着?增大而增大。因此，只要取足够大的?值（取闪耀角接近衍射角?=64°），即相当于在较高级次下工作，就能获得很大的角色散率、线色散率和分辩率。
对于一般平面光栅，线色散率dl/dx=(f•m)/d，必须依靠增大仪器的焦距，减小刻线间距（增加刻线条数）来增加线色散率。而中阶梯光栅由于角色散率很大，不必依赖焦距的增加，就能获得较大的线散率。例如焦距1米，3600条/mm的平面光栅在200nm处，一级光谱的倒数线色散率仅为0.22nm/mm，而0.5米焦距，52.6条/mm的中阶梯光栅光谱仪在168级处同一波长的倒线色散率可达0.14nm/mm。由于中阶梯光栅的角色散率足够大，焦距反而可缩小（如0.5米），因此，仪器光室的体积大为缩小，使相对孔径变大，光谱光强也得到提高。
由于线色散率大，中阶梯光栅每一级光谱的波长范围相当小，在这个范围内各波长的衍射角基本一致，而且各级基本上是在同一角度下（闪耀角）观察整个波长范围，所以均可达到很大闪耀强度，即“全波长闪耀”（见上图）。另外，这种中阶梯光栅它们相邻的衍射光谱级次之间的能量分布如右图所示，从图中可以看出，同一波长的入射光的能量多被分布在两个相邻衍射光谱的级次里，由于最佳闪耀波段两侧能量锐减，如图中虚线下方所示。故入射光强能量几乎都被集中到如图中虚线上方的闪耀波段中的该波长上，由此可知，中阶梯光栅在175-800nm全波段范围内均有很强的能量分布，中阶梯光栅其光谱图象可聚焦在200mm2的焦面上，非常适合于半导体检测器来检测谱线。
中阶梯光栅光谱仪各级之间的重叠用交叉色散棱镜的办法来解决，即棱镜的色散方向与中阶梯光栅的色散方向互相垂直，这样在仪器的焦面上形成二维光谱图象（如图所示）。以IRIS AdvantageER/S为例：其光路如图所示。其焦距0.5米，中阶梯光栅刻线52.6条/mm，闪耀角64.1°，在42-189级时，其波长范围175-800nm连接起来总长将近4米。
3.2凹面光栅
凹面光栅是1882年罗兰（Rowland）提出的，它是刻划在球面的一系列等距刻槽的反射式衍射光栅。与平面光栅必须借助成像系统来形成谱线不同，凹面光栅在光路中兼具色散和聚焦两种作用，因此在凹面光栅光谱仪中就只有狭缝、凹面光栅和检测器组成，光路紧凑（如图）。今天绝大部分直读式光谱仪（包括火花、多通道ICP）均采用凹面光栅作为色散元件，但凹面光栅的象散问题是比较严重的。
3.3光栅的误差
在刻制光栅时，要求每条刻线必须很直，各刻线间严格地相互平行与等距，刻槽的几何形状必须完全一致。尽管光栅刻划机属精密机械之王，并在相当严格的环境下工作，但仍不可避免地存在机械误差，因而在机刻光栅的光谱中会出现一些不真实的谱线称为鬼线或伴线。
平面反射光栅都由机刻光栅（母光栅）复制而成，因而鬼线的出现，是这种光栅不可避免的缺陷。
3.4全息光栅
随着全息激光技术的发展，出现了采用激光干涉照相法制作的衍射光栅，这种光栅称为全息光栅。
在磨制好的光栅毛坯上均匀涂布一层光敏物质，然后置于同一单色光源的两束激光干涉场中曝光。把明暗相同的干涉条纹记录在光敏层上。将已爆光的坯基浸入一种特殊的溶液中，涂层各部分由于所接受的曝光量不同而受到不同程度的溶蚀，从而在坯基上出现了与干涉条纹相当的槽线，最后在真空中镀上反射铝膜和保护膜就制成全息光栅。
全息光栅的特点为：（1）无鬼线，杂散光极小。（2）衍射效率较低，全息光栅的槽形通常为近似正弦波形，这种槽形不具备闪耀条件，没有明显的闪耀特性。据称，采用“离子蚀刻”技术的全息光栅，使光栅衍射效率得到较大提高。（3）分辨率高。由于全息技术使光栅刻线总数大幅度增加，因此色散率、分辨率也大幅度得到提高。4．常用的光栅光谱仪
4.1 帕邢-龙格（Paschen-Range）装置的光谱仪
Rowland指出，在曲率半径为R的凹面反射光栅的主截面上（即通过光栅中心而垂直于光栅刻线的平面），存在一个直径为R的圆。当狭缝和光栅都在这个圆上时，则这个圆就是狭缝衍象焦点的轨迹。这个圆称为罗兰（Rowland）圆，这时凹面光栅同时起到准直与聚焦的作用。
光栅方程同样也适用于凹面光栅：d(sinα+sinβ)=m? (m=0，±1，±2……)
但式中光栅常数d并不是光栅刻线间的距离d’，而是d’在弦上的投影，即d=d’cosα。在凹面光栅表面上，刻线是不等距离的，而光栅圆弧所对应的弦上是等距离的。由于凹面光栅曲率半径比罗兰圆大一倍，所以必须保证凹面光栅的中点与罗兰圆相切，其他各点对称地偏离罗兰圆。
Paschen-Range装置是以罗兰圆为基础的装置，其光路特点是光源、狭缝与凹面光栅固定在罗兰圆上，并在罗兰圆上安排许多出口狭缝和相应的光电倍增管，一次记录很宽的波长范围。为了减小200nm至450nm波长范围内的象散，通常采用27℃左右的入射
角。现代的仪器几乎都采用0.75-1米的焦距，2400条/mm以上的光栅。以满足0.3-0.4nm/mm的线色散率倒数。在Paschen-Range装置中，为了能测至450nm至800nm波长范围的谱线，通常需另加一块光栅，并以原级光栅的零级光为入射光进行色散（见右图）。这类装置已广泛应用于火化光电直读和多通道ICP光谱仪。
4.2 Ebert或Czerny-Turnet（C-T）装置的光谱仪
在Ebert装置（如下图）中，入射与出射狭缝分别位于光栅的各一侧，并用单个凹形球面镜作为准直与聚焦的元件。从位于球面镜焦面下的狭缝进入的光线投射到准直镜的下半部，并被发射到光栅上。经光栅衍射后的光束投射到准直镜的上半部并聚焦在出射狭缝处。由于这两次反射均发生在轴外，故无象差。此外，由于入射与衍射光束利用反射镜的不同部分。故不会产生严重的散射光。将光栅绕着单色仪的轴而转动，即可进行波长扫描以及选择特定的谱线。
在C-T装置（如图）中，用两个较小的凹面反射镜以取代Ebert装置中所使用的单个反射镜，C-T装置的光学特性与Ebert装置相似。C-T对于线性波长或线性波数的扫描较为理想。
现代单道扫描型ICP一般均采用这两种光学装置。光栅的驱动装置主要有步进马达直接驱动、正弦杆驱动和电磁驱动等。
电磁光栅驱动技术（如图）是一种新颖的高速而精确的波长扫描技术。我们知道发射光谱的谱线宽度仅为pm(10-12m)级，要准确测定光谱线的峰值波长并给出其强度值，需要光栅驱动装置有极高的动态波长定位精度。美国热电公司的电磁驱动（检流计驱动）技术不同于机械驱动，具有扫描速度快（2000nm/s）、精度高、无磨损、寿命长、维护简便等一系列特点。
4.3 中阶梯光栅光谱仪
中阶梯光栅结合棱镜实现二维交叉色散，光路结构如图。
中阶梯光栅光谱仪
由于中阶梯光栅经交叉色散后能给出面积较小，兼有较大波长范围和高分辨率及高色散率的二维光谱（见图）。因此，自70年代初就开始研究用成像器件作为二维光电检测器，到了90年代，固态二维成像器件（CID和CCD）的性能有了很大的进展，用中阶梯光栅光谱仪配用固态检测器的原子发射光谱仪得到迅速的发展。5．检测器——光电转换器件
光电转换器件是光电光谱仪接收系统的核心部分，主要是利用光电效应将不同波长的辐射能转化成光电流的信号。光电转换器件主要有两大类：一类是光电发射器件，例如光电管与光电倍增管，当辐射作用于器件中的光敏材料上，使发射的电子进入真空或气体中，并产生电流，这种效应称光电效应；另一类是半导体光电器件，包括固体成像器件，当辐射能作用于器件中光敏材料时，所产生的电子通常不脱离光敏材料，而是依靠吸收光子后所产生的电子-空穴对在半导体材料中自由运动的光电导（即吸收光子后半导体的电阻减小，而电导增加）产生电流的，这种效应称内光电效应。
光电转换元件种类很多，但在光电光谱仪中的光电转换元件要求在紫外至可见光谱区域（160-800nm）很宽的波长范围内有很高的灵敏度和信噪比，很宽的线性响应范围，以及快的响应时间。
目前可应用于光电光谱仪的光电转换元件有以下两类：即光电倍增管及固体成像器件。
5.1 光电倍增管
外光电效应所释放的电子打在物体上能释放出更多的电子的现象称为二次电子倍增。光电倍增管就是根据二次电子倍增现象制造的。它由一个光阴极、多个打拿极和一个阳极所组成，见图，每一个电极保持比前一个电极高得多的电压（如100V）。当入射光照射到光阴极而释放出电子时，电子在高真空中被电场加速，打到第一打拿极上。一个入射电子的能量给予打拿极中的多个电子，从而每一个入射电子平均使打拿极表面发射几个电子。二次发射的电子又被加速打到第二打拿极上，电子数目再度被二次发射过程倍增，如此逐级进一步倍增，直到电子聚集到管子阳极为止。通常光电倍增管约有十二个打拿极，电子放大系数（或称增益）可达108，特别适合于对微弱光强的测量，普遍为光电直读光谱仪所采用。
光电倍增管的窗口可分为侧窗式和端窗式两种，见图。
5.1.1光电倍增管的基本特性
1) 灵敏度和工作光谱区
光电倍增管的灵敏度和工作光谱区主要取决于光电倍增管阴极和打拿极的光电发射材料。当入射到阴极表面的光子能量足以使电子脱离该表面时才发生电子的光电发射，即1/2mv2=h?-ф,(h?为光子能量，ф为电子的表面功函数，1/2mv2为电子动能)。当h?<ф时，不会有表面光电发射，而当h?=ф时，才有可能发生光电发射，这时所对应的光的波长λ=C/?称为这种材料表面的阈波长。随着入射光子波长的减小，产生光电子发射的效率将增大，但光电倍增管窗材料对光的吸收也随之增大。显然，光电倍增管的短波响应的极限主要取决于窗材料，而长波响应的极限主要取决于阴极和打拿极材料的性能。一般用于可见-红外光谱区的光电倍增管用玻璃窗，而用于紫外光谱区的用石英窗。光阴极一般选用表面功函数低的碱金属材料，如红外谱区选用银-氧-铯阴极，可见光谱区用锑-铯阴极或铋-银-氧-铯阴极，而紫外谱区则采用多碱光电阴极或梯-碲阴极。
光电倍增管的灵敏度S是指在1lm的光通量照射下所输出的光电流强度，即S=i/F，单位为µA/lm。显然，灵敏度随入射光的波长而变化，这种灵敏度称为光谱灵敏度，而描述光谱灵敏度随波长而变化的曲线称为光谱响应曲线(见右图)，由此可确定光电倍增管的工作光谱区和最灵敏波长。例如我们常用的R427光电倍增管，其曲线偏码为250S，光谱响应范围为160-320nm，峰值波长200nm，光阴极材料Cs-Te，窗口材料为熔炼石英，典型电流放大率3.3×106。
2)
2) 暗电流与线性响应范围
光电倍增管在全暗条件下工作时，阳极所收集到的电流称为暗电流。对某种波长的入射光，光电倍增管输出的光电流为： i= KIi+i0，式中，Ii对应于产生光电流i的入射光强度，k为比例系数，i0为暗电流。由此可见，在一定的范围内，光电流与入射光强度呈线性关系，即为光电倍增管的线性响应范围。当入射光强度过大时，输出的光电流随光强的增大而趋向于饱和（见右图）。线性响应范围的大小与光阴极的材料有关。
暗电流的来源主要是由于极间的欧姆漏阻、阴极或其他部件的热电子发射以及残余气体的离子发射、场致发射和玻璃闪烁等引起。
当光电倍增管在很低电压下工作时，玻璃芯柱和管座绝缘不良引起的欧姆漏阻是暗电流的主要成分，暗电流随工作电压的升高成正比增加；当工作电压较高时，暗电流主要来源于热电子发射，由于光电阴极和倍增极材料的电子溢出功很低，甚至在室温也可能有热电子发射，这种热电子发射随电压升高暗电流成指数倍增；当工作电压较高时，光电倍增管内的残余气体可被光电离，产生带正电荷的分子离子，当与阴极或打拿极碰撞时可产生二次电子，引起很大的输出噪声脉冲，另外高压时在强电场作用下也可产生场致发射电子引起噪声，另外当电子偏离正常轨迹打到玻壳上会出现闪烁现象引起暗电流脉冲，这一些暗电流均随工作电压升高而急剧增加，使光电倍增管工作不稳定，因此为了减少暗电流，对光电倍增管的最高工作电压均加以限制。
3) 噪声和信噪比
在入射光强度不变的情况下，暗电流和信号电流两者的统计起伏叫做噪声。这是由光子和电子的量子性质而带来的统计起伏以及负载电阻在光电流经过时其电子的热骚动引起的。输出光电流强度与噪声电流强度之比值，称为信噪比。显然，降低噪声，提高信噪比，将能检测到更微弱的入射光强度，从而大大有利于降低相应元素的检出限。
4) 工作电压和工作温度
光电倍增管的工作电压对光电流的强度有很大的影响，尤其是光阴极与第一打拿极间的电压差对增益（放大倍数）、噪声的影响更大。因此，要求电压的波动不得超过0.05%，应采用高性能的稳压电源供电，但工作电压不许超过最大值（一般为-900v-1000v），否则会引起自发放电而损坏管子，工作环境要求恒温和低温，以减小噪声。
5) 疲劳和老化
在入射光强度过大或照射时间过长时，光电倍增管会出现光电流衰减、灵敏度骤降的疲劳现象，这是由于过大的光电流使电极升温而使光电发射材料蒸发过多所引起。在停歇一段时间后还可全部或部分得到恢复。光电倍增管由于疲劳效应而灵敏度逐步下降，称为老化，最后不能工作而损坏。过强的入射光会加速光电倍增管的老化损坏，因此，不能在工作状态下（光电倍增管加上高压时）打开光电直读光谱仪的外罩，在日光照射下，光电倍增管很快便损坏。5.1.2光电测量原理
光电检测的原理一般是通过光电接受元件将待测谱线的光强转换为光电流，而光电流由积分电容累积，其电压与入射光的光强成正比，测量积分电容器上的电压，便获得相应的谱线强度的信息。不同的仪器其检测装置具有不同的类型，但其测量原理是一样的。其光电检测系统主要有以下四个部分组成：1.光电转换装置，2.积分放大电路及其开关逻辑检测，3.A/D转换电路，4.计算机系统。
5.2 固态成像器件
固态成像器件是新一代的光电转换检测器，它是一类以半导体硅片为基材的光敏元件制成的多元阵列集成电路式的焦平面检测器，属于这一类的成像器件，目前较成熟的主要是电荷注入器件（CID）、电荷耦合器件（CCD）。(见图)
Denton与其同事们是将电荷耦合与电荷注入检测器（Charge-Coupled Detector and Charge-InjectionDetector，简称CCD与CID）用于原子光谱分析的主要推动者。在这两种装置中，由光子产生的电荷被收集并储存在金属-氧化物-半导体（MOS）电容器中，从而可以准确地进行象素寻址而滞后极微。这两种装置具有随机或准随机象素寻址功能的二维检测器。可以将一个CCD看作是许多个光电检测模拟移位寄存器。在光子产生的电荷被贮存起来之后，它们近水平方向被一行一行地通过一个高速移位寄存器记录到一个前置放大器上。最后得到的信号被贮存在计算机里。
CCD器件的整个工作过程是一种电荷耦合过程，因此这类器件叫电荷耦合器件。对于CCD器件，当一个或多个检测器的象素被某一强光谱线饱和时，便会产生溢流现象。即光子引发的电荷充满该象素，并流入相邻的象素，损坏该过饱和象素及其相邻象素的分析正确性，并且需要较长时间才能便溢流的电荷消失。为了解决溢流问题，应用于原子光谱分析的CCD器件，在设计过程中必须进行改进，例如：进行分段构成分段式电荷耦合器件（SCD），或在象表上加装溢流门，并结合自动积分技术等。
CID是一种电荷注入器件（Charge-Injected Device），其基本结构与CCD相似，也是一种MOS结构，当栅极上加上电压时，表面形成少数载流子（电子）的势阱，入射光子在势阱邻近被吸收时，产生的电子被收集在势阱里，其积分过程与CCD一样。
CID与CCD的主要区别在于读出过程，在CCD中，信号电荷必须经过转移，才能读出，信号一经读取即刻消失。而在CID中，信号电荷不用转移，是直接注入体内形成电流来读出的。即每当积分结束时，去掉栅极上的电压，存贮在势阱中的电荷少数载流子（电子）被注入到体内，从而在外电路中引起信号电流，这种读出方式称为非破坏性读取（Non-Destructive ReadOut）,简称：NDRO（见图）。CID的NDRO特性使它具有优化指定波长处的信噪比（S/N）的功能。
同时CID可寻址到任意一个或一组象素，因此可获得如“相板”一样的所有元素谱线信息。（见下图）
与传统的光电转换器件相比，应用于原子光谱的CID和CCD具有很高的光电效应和量子效率，在-40度的低温下，暗电流很小，检测速度快，线性范围可达107-9，可制成平面陈列结构，体积小，具有天然的多通道同时测定及二维测量的特点，因此很受光谱学者的关注。自90年代初以来，随着制造技术的成熟、性能的提高，固态成像器件已成为原子发射光谱最理想的光电转换器件。6. 等离子体原子发射光谱仪几种类型
6.1 ICAP 61E多通道ICP
ICAP61E多通道ICP是装有多个出射狭缝及其光电接收系统（称为通道），因而能同时检测多个元素的光电直读型光谱仪。通常装有15-48个通道，最多可达61个通道（见图）。该仪器具有分析速度快、分析精度高、节省样品等优点，最适于大批量样品的常规分析。
ICAP 61E多通道ICP
6.1.1分光系统
采用0.75米Rowland园的Paschen-Runge装置。凹面反射光栅和入射狭缝位于Rowland园上，因而其线象（谱线）也在Rowland园上，这样便于安置出射狭缝。凹面光栅为2400条/nm刻线的全息光栅，波长范围165-500nm，一级谱线的分辩率为0.016nm，二级谱线的分辩率为0.008nm。利用凹面光栅出射的零级光谱经一个附助光栅色散分光，以供安装Li、Na、K、Rb、Cs等长波通道（见上图）。各分析通道以光电倍增管为光电转换器件，针对不同的波长分别采用R427（远紫外）、R300（紫外）、R889（可见）三种类型的光电倍增管，同时有三种不同的测量积分卡（积分电容分别为0.001?F、0.01?F、0.1?F）可选，以得到最好的测量范围。为了减少杂散光，消除级次重叠干扰，同时也为了使各分析谱线严格对准各通道光电倍增管，在各分析通道的出射狭缝前安装不同类型的滤光折光片，其中165-256nm的谱线采用石英滤光折光片，256-365nm的谱线采用紫色CORAX滤光折光片，365-500nm的谱线玻璃滤光折光片，500-800nm的谱线采用黄色滤光折光片。整个分光系统置于35℃±0.5℃的恒温环境中，以减少温度漂移所导致分光系统色散产生的差异。同时，相应地对温度的变化做补偿调节，利用入射狭缝后的一折光片光谱移位器的微调，以实现相应的谱线准确地对准出射狭缝。为便于调节，一般设有汞灯，每天工作前，用Hg435.8nm谱线进行“描迹”（Profire）,也可以用某一个元素的谱线(例如Cd2265nm)进行日常“描迹”。为了能测定<190nm的远紫外谱线，分光系统采用真空或驱气方式，以除去光路中的空气（氧气）。因为空气中的氧气对<190nm的谱线会产生吸收，且波长越短，吸收越严重。
光谱移位器是用计算机控制步进马达驱气的石英折射片，安装在入射狭缝的后面。其作用为：1.谱线校正，即前面所说的“描迹”。2.背景校正，3.获得谱线其近旁的光强分布图。
6.1.2 等离子体光源
采用晶体控制型RF发生器，最大功率为2Kw，频率为27.12MHz或40.68MHz，自动调揩、闭环控制、直接耦合。等离子体的观察方式有垂直观察（Radial）、水平观察（Axial）和双向观察（Duo）三种配置。炬管为可折式炬管。冷却气流量为8-15L/min，辅助气流量为0-1.5/min四级可调，雾化气压力为0-45psi连续可调。配备内置式3或4通道蠕动泵，泵速0-200rpm可调，垂直观察方式的进样系统为正交型雾化器、桶形雾化室；水平和双向观察方式的进样系统为Meinhard同心型雾化器、旋流蠕化室。
在水平观察的ICAP61ETrace Analyzer上采用了Crawford-Kunsleman噪声递减技术，该技术对降低As、Se、Tl等元素的检出限非常有用。C-K技术的核心之处在于每个测定元素（如Pb）采用两个分析通道，如Pb在220.353nm的一级谱线安装一个分析通道（Pb2203/I），同时在220.353nm的二级谱线安装另一个分析通道（Pb2203/II）,且这两个Pb通道的谱缝位置成相反方向偏离中心位置，表现在谱图上的谱峰中心位置在±30处（如图所示）。在分析时，首先在0位爆光，两个通道（Pb2203/I和Pb2203/II）分别测定背景信号；然后在+30处爆光，此时Pb2203/I通道测量Pb的谱线信号，而Pb2203/II通道继续测量背景信号；再在-30处爆光，此时Pb2203/I通道测量为背景信号，而Pb2203/II通道测量的是谱线信号，在采集了以上三次爆光的信息后，再经一系列的软件统计运算，即可得到经C-K技术后的结果。
ICAP61E Trace Analyzer光谱仪的主要性能：
3 以1ppm或10ppm的标准，连续测定10次的短期稳定性RSD<0.5%。
4 在实验室环境条件保证的前提下，以1ppm或10ppm的标准连续测定4小时的长期稳定性RSD一般在2%左右。
5 保证检出限和测量范围（ppm）
Element Wavelength(nm) Range(PPM) Element Wavelength(nm) Range(PPM)
Ag 328.068 0.001-25 Au 242.795 0.002-5
Al 308.215 0.007-500 As 193.696 0.003-50
B 249.678 0.002-50 Ba 493.409 0.0001-25
Be 313.042 0.0001-25 Bi 223.061 0.004-100
Ca 393.366 0.00006-10 Ca 317.933 0.002-500
Cd 226.502 0.0005-10 Co 228.616 0.001-25
Cr 267.716 0.0009-50 Cu 324.754 0.0007-50
Fe 259.940 0.0008-50 K 766.491 0.035-25
Mg 279.079 0.007-500 Mn 257.610 0.00015-50
Mo 202.030 0.001-50 Ni 231.604 0.001-25
P 178.287 0.008-100 Pb* 220.353 0.002-25
S 182.040 0.010-200 Sb 206.838 0.003-50
Sc 361.384 0.00008-10 Si 288.158 0.004-50
Se* 196.026 0.003-50 Sn 189.999 0.004-50
Sr 421.553 0.0005-10 Ti 334.941 0.0002-10
Tl 190.864 0.003-50 V 292.402 0.001-100
Y 371.030 0.0003-10 Zr 339.198 0.0015-10
Zn 206.200 0.0008-100
*使用Crawford-Kunsleman 噪声递减技术
6.2 Atomscan单道扫描型ICP光谱仪
单道扫描型ICP是一种灵活、快速而价廉的ICP光谱仪，自八十年代初投入商品生产以来，曾以设计思想活跃、灵活方便而迅速发展。由于是扫描方式测定，因此该类型仪器能够测定波长范围内的任意一条谱线，从而有效克服了多通道ICP光谱仪元素和波长限制、分析参数单一的问题，曾在高校、科研等领域得到广泛的应用。但单道扫描型ICP存在分析速度慢，工作效率低，分析精度较差的问题。随着九十年代以半导体为检测器的全谱直读型ICP的迅速崛起，特别是最近这几年全谱直读型ICP的价位的降低，单道扫描型ICP正在逐步减小其市场占有。
6.2.1分光系统
Atomscan单道扫描型ICP采用Ebert单色仪（见图），焦距为50cm。以单个凹形球面镜作为准直与聚焦的元件，无象差且杂散光小。以光栅绕着单色仪的轴而转动，实现波长扫描和选择特定谱线。光栅为2400条/mm+1200条/mm复合全息光栅，双闪耀波长（380nm和700nm），该仪器的波长范围为165nm-900nm，二级谱线的分辨率为<0.010nm，整个分光系统采用防振垫设计，38±0.1℃恒温，并以氮气或氩气驱除光路中的氧气，以测定<190nm以下的谱线。
Atomscan的Ebert单色仪 Atomscan单道扫描型ICP
Atomscan采用独特的电磁（检流计）光栅驱动技术（见图），其特点是反应速度快，扫描速度可达2000nm/s。其驱动扫描原理（见图）是：
电磁光栅驱动技术
由传感器给出光栅位置反馈信号，由计算机控制的D/A变换器给出所需的波长信号，两者同时输入何服放大器，若两者不一致，便有信号输入感应线圈，驱动感应线圈上的转子转动光栅，使其转到两种信号相一致的位置，从而实现谱线的任意选择。这种驱动机构的步长精度可达0.0005nm，且无磨损问题，是一种高速而精密的波长扫描装置。Atomscan采用内置汞灯进行波长校正，采用两套光电倍增管检测电路，分别响应紫外和可见谱线，并在分析过程中自动调整光电倍增管的负高压，以获得较好的灵敏度和稳定性。
6.2.2 等离子体光源
Atomscan单道扫描型ICP的等离子体光源采用晶体控制型RF发生器（Atomscan Advantage采用全固态晶体控制型RF发生器），最大RF功率为2KW，750W-1750w6级可调，频率为27.12MHz或40.68MHz。自动调谐、闭环控制、直接耦合。等离子体的观察方式由垂直观察（Radial）和水平观察（Axial）两种配置，炬管为可折式炬管。冷却气流量为8-14 L/min，轴助气流量0-1.5L/min，雾化气压力为0-45psi，分析参数可根据不同的测定元素自动调整。
Atomscan单道扫描型ICP的进样系统采用内置3-4通道蠕动泵，早期的垂直观察型仪器（Atomscan16单道扫描型ICP）采用正交型雾化器和柱型雾化室，水平观察型仪器和Atomscan Advantage采用同心型雾化器和旋流雾化室。
ICP-AES的定义是什么啊？
请问 光谱实验的原理和它的历史
汽车装配的基体是什么？
波长调制光谱技术原理
光栅光谱与棱镜光谱的区别
什么是ICP？ICP的作用？
本生灯的光谱
太阳光的光谱是-----------------
氢原子光谱的研究
调节人体平衡的最基体的营养品，
有了解深圳马士基体检的么？
反氢原子的光谱与氢原子光谱是否相同？
物质的荧光光谱值
适合作物生长的光谱
光谱仪器的具体应用
卵磷脂的红外光谱图？
关于红外光谱的问题
关于红外光谱的问题
劲舞团连P外挂的原理是什么？
谈谈铀浓缩关键设备p-2离心机的原理？
化学里的ABS \AES\ 都是什么呀?
ICP数据的含义
icp的详细信息
什么是AES