主题：筹建《等离子体发射光谱学杂文》－－建议与资料征集中【7.9日更新】

FRIT

CID-电荷注入式固体检测器；
SCD-分段式电荷耦合固体检测器；
CCD-电荷耦合固体检测器；
HDD-高动态范围(光电倍增管)检测器。
新型台式、便携式全谱直读光谱仪器 随着微电子技术的发展，固体检测元件的使用和高配置计算机的引入，发射光谱直读仪器的全谱技术进入全新的发展阶段。国外已有很多厂家推出新型的全谱直读光谱仪，除了已经开发的采用中阶梯光栅分光系统与面阵式固体检测器的全谱光谱仪外，采用特制全息光栅与线阵式固体检测器相结合，也可达到全谱直读的目的，而且使光谱仪器从结构上和体积上发生了很大变化，出现了新型的全谱直读光谱仪、小型台式或便携式的全谱直读仪器，可用于现场分析的光谱仪。给发射光谱仪器的研制开拓了一个崭新的发展前景。 传统的直读光谱仪器，一直采用光电倍增管（PMT）作为检测器，它是单一的检测元件，检测一条谱线需要一个PMT检测器，设置为一个独立通道。由于其光电性能和体积上的局限性，限制了发射光谱仪器向全谱直读和小型高效化的发展。

CCD、CID等固体检测器，作为光电元件具有暗电流小，灵敏度高，有较高的信噪比，很高的量子效率，接近理想器件的理论极限值。且是个超小型和大规模集成的元件，可以制成线阵式或面阵式的检测器，能同时记录成千上万条谱线，并大大缩短了分光系统的焦距，使直读光谱仪的多元素同时测定功能大为提高，而仪器体积又可大为缩小，正在成为PMT器件的换代产品。 由中阶梯光栅与棱镜色散系统产生的二维光谱，在焦平面上形成点状光谱，适合于采用CCD、CID一类面阵式检测器，兼具光电法与摄谱法的优点，从而能最大限度地获取光谱信息，便于进行光谱干扰和谱线强度空间分布同时测量，有利于多谱图校正技术的采用，有效的消除光谱干扰，提高选择性和灵敏度。而且仪器的体积结构更为紧凑。

因此，采用新型检测器研制新一代光谱仪器已成为各大光谱仪器厂家的发展方向。 传统的直读光谱仪器是采用衍射光栅，将不同波长的光色散并成像在各个出射狭缝上，光电检测器则安装于出射狭缝后面。为了使光谱仪能装上尽可能多的检测器，仪器的分光系统必须将谱线尽量分开，也就是说单色器的焦距要足够长。即使采用高刻线光栅的情况下，也需0.5m至1.0m长的焦距，才有满意的分辨率和装上足够多的检测器。所有这些光学器件均需精确定位，误差不得超过几个微米；并且要求整个系统有很高的机械稳定性和热稳定性。由于振动和温度湿度等环境因素的变化，导致光学元件的微小形变，将使光路偏离定位，造成测量结果的波动。为减少这类影响，通常将光学系统安置在一块长度至少0.5m以上的刚性合金基座上，且整个单色系统必须恒温恒湿。这就是传统光谱仪器庞大而笨重，使用条件要求高的原因。而且，由于传统的光谱仪是使用多个独立的光电倍增管和电路对被分析样品中的元素进行测定，分析一 个元素至少要预先设置一个通道。如果增加分析元素或改变分析材料类型就需要另外安装更多的硬件，而光室中机构及部件又影响了谱线的精确定位，就需要重新调整狭缝和反射镜。既增加投资又花费时间，很受限制。

采用CCD等固体检测器作为光谱仪的检测器，则光的接收方式不同，仪器的结构发生了重大变化：当分光系统仍采用传统的全息衍射光栅分光，检测器采用线阵式CCD固体检 测元件，光线经光栅色散后聚焦在探测单元的硅片表面，检测器将光信号转换成电信号，便可经计算机进行快速高效处理得出分析结果。此时检测器是由上万个像素构成的线阵式CCD元件，每个像素仅为几个微米宽、面积只有十几个平方微米的检测单元，对应于每个元素分析谱线的检测单元象素可以做得很小，检测单元相隔也可以做得很近，组成的CCD板也很小，因此分光系统的焦距也就可以大为缩短，要达到通常的分辨率，单色器的焦距只要15-30cm即可。这样分光室便大大缩小。而且从根本上改变了传统光谱仪的机械定位方式。谱线与探测像素之间的定位是通过软件实现，外界因素引起的谱线漂移，可通过软件的峰值和寻找功能自动进行校正，并获得精确的测量结果。 由于一个CCD板可同时记录几千条谱线，在测定多种基体、多个元素时，不用增加任何硬件，仅用电路补偿，在扫描图中找到新增加的元素，就可进行分析。由于光室很 小，所以无需真空泵，用充氩或氮气就可以满足如碳、磷、硫等紫外波长区元素的分析。使用CCD可以做全谱接收，而不会出现传统光谱仪常遇到的位阻问题，离得很近的 谱线也能同时使用，也无需选择二级或更高谱级的谱线进行测量。这就极大地减小了仪器的体积和重量，使光谱仪器可以向全谱和小型轻便化发展。 国际上已有几个厂家采用这种新技术（例如德国斯派克等公司），推出了新型台式以及便携式手提直读光谱仪，具有全谱直读功能，轻便实用，可以满足生产现场分析的需要。 这些新型台式及便携式直读光谱仪均采用光栅分光－CCD检测器系统，光谱焦距仅在15 ～17cm，小型、轻便，具有全谱直读的分析功能，其性能不亚于传统的实验室直读光谱仪器。这些仪器均具有：使用简单，操作容易，无需设置调整，无需用户校准，样品不需处理，稳定可靠，使用成本低便于携带等特点。具有可直接显示分析结果和金属类型、对／错鉴别，快速分类、黑色以及有色金属近似定量分析和等级鉴别，利用预置的通用或特别工作曲线，可作单基体或多基体分析，可以按照具体样品和用户的要求进一步制作工作曲线，以满足特殊工艺或材质的要求等功能。作为料场合金牌号鉴别、废旧金属分类、冶金生产过程中质量控制和金属材料等级鉴别的一种有效工具。可以携带到需要做可靠的金属鉴别或金属分类的任何地方，适合于现场金属分析 。是一种全新概念的金属分析仪。利用 CCD 光学技术和现代微电子元 件推出的小型化全谱直读仪器，或便携式的现场光谱分析仪，提供性能价格比最好的金属光谱分析仪器，将是解决冶金、机械等行业中金属材料现场分析的理想工具。也 是发射光谱分析仪器向多功能、高实用化的发展前景。

筒型雾化室是利用雾化室内壁上的湍流沉降作用，或利用重力作用除去较大的雾滴。在早期的ICP中，筒型雾化室用得较为普遍。
旋流雾化室是圆锥形的，气溶胶以切线方向喷入雾化室并向下盘旋行进，这种运动产生了作用在雾滴上的离心力，从而将雾滴抛向器壁。在雾化室底部，气溶胶改变方向并与原来路线同轴地成更紧密的螺旋形向容器顶部移动。抛向器壁的大雾滴由底部的废液管排出，而小雾滴通入伸入容器顶部一小段管进入炬管。旋流雾化室具有高效、快速和记忆效应小的特点，在现代ICP中已得到广泛的应用。
梨型雾化室的去溶剂能力较强，特别适用于有机（油样）进样系统。
高频发生器
    高频发生器一般包括电源、振荡器和工作线圈，有些仪器还有功率稳定线路和阻抗匹配单元。 高频发生器的作用是产生高频磁场供给等离子体能量。频率多为27 ~ 50MHz，最大输出功率通常是2 ~ 4 Kw。

电感耦合高频等离子体光源装置由高频发生器、雾化器和等离子炬管三部分组成。 
      在有气体的等离子炬管外套装一个高频感应线圈，感应线圈与高频发生器连接。当高频电流通过线圈时，在管的内外形成强烈的振荡磁场。
    一旦管内气体开始电离（如用点火器），电子和离子则受到高频磁场所加速，产生碰撞电离，电子和离子急剧增加，此时在气体中感应产生涡流。 高频感应电流，产生大量的热能，又促进气体电离，维持气体的高温，从而形成等离子炬。 
      为了使所形成的等离子炬稳定，等离子气和辅助气都从切线方向引入，因此高温气体形成旋转的环流。同时，由于高频感应电流的趋肤效应，流在圆形回路的外周流动。这样，感耦高频等离子炬就必然具有环状结构。 环状的结构造成一个电学屏蔽的中心通道。电学屏蔽的中心通道具有较低的气压、较低的温度、较小的阻力，使试样容易进入炬焰，并有利于蒸发、解离、激发、电离以至观测。 
      试样气溶胶在高温焰心区经历较长时间加热，在测光区平均停留时间长。这样的高温与长的平均停留时间使样品充分原子化，有效地消除了化学的干扰。周围是加热区，用热传导与辐射方式间接加热，使组份的改变对ICP影响较小，加之溶液进样少， 因此，基体效应小。试样不会扩散到ICP焰炬周围而形成自吸的冷蒸气层。 
      电感耦合高频等离子体光源是20世纪60年代研制的光源，由于它具有优异性能，70年代后迅速发展并获广泛应用。 属于等离子光源的还有直流等离子体（DCP）和微波诱导等离子体（MIP）。 

雾化器
雾化器有气动雾化器和超声雾化器。
气动雾化器 气动雾化器的结构简单，通常分为同轴型雾化器和直角型雾化器。

同轴型雾化器结构简单，易于制作，应用较为普遍。直角型雾化器不易被悬浮物质堵塞。但雾化效率较低，喷嘴容易堵塞，进样速度受载气压力的影响。改用蠕动泵驱动雾化器，可避免载气压力对样品提升量的影响。 

超声雾化器 超声雾化器的结构比较复杂，包括频电发生器、输液蠕动泵和雾化装置。采用功率超声处理技术，将样品溶液空化并形成气溶胶，然后由载气送入等离子炬。 

超声雾化器能克服气动雾化器的某些局限性，不存在喷嘴堵塞问题，不受载气压力的影响，清洗比较方便，雾化效率高，雾粒直径小，原子化程度比较高，光谱背景比较小，因而具有检出限低、精密度好的特点，但价格比较昂贵。

振荡磁场及涡流
振荡磁场磁力线

管内磁力线沿轴线方向，管外磁力线成椭圆闭合回路。
涡流：涡流主要集中在等离子体的表面层内，形成环状结构，造成一个环形加热区。环形的中心是一个进样中心通道，气溶胶能顺利进入到等离子体内，使得等离子体焰炬有很高的稳定性。