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上海自儀四廠激發光源理論
激發光源是原子發射光譜儀中一個極為重要的組成部分，它的作用是給分析試樣提供蒸發、原子化或激發的能量。在光譜分析時，試樣的蒸發、原子化和激發之間沒有明顯的界限，這些過程幾乎是同時進行的，而這一系列過程均直接影響譜線的發射以及光譜線的強度。
試樣中組份元素的蒸發、離解、激發、電離、譜線的發射及光譜線強度除了與試樣成份的熔點、沸點、原子量、化學反應、化合物的離解能、元素的電離能、激發能、原子(離子)的能級等物理和化學性質有關以外，還跟所使用的光源特性密切相關，不同的激發光源對各類樣品、各種元素具有不同的蒸發行為和激發能量，因此要根據不同的分析對象，選擇具有相應特性的激發光源。
由于樣品的種類繁多、形狀各異、元素對象、濃度、蒸發及激發難易不同，對光源的要求也不同。沒有一種光源能同時滿足各種分析對象的要求。各類光源在蒸發溫度、激發溫度、放電穩定性等各方面都各有其特點和應用范圍。
原子發射光譜分析的誤差，主要來源是光源，因此在選擇光源是應盡量滿足以下要求：
1)高靈敏度，隨著樣品中濃度微小變化，其檢出的信號有較大的變化;
2)低檢出限，能對微量和痕量成份進行檢測;
3)良好的穩定性，試樣能穩定地蒸發、原子化和激發，分析結果具有較高的精密度;
4)譜線強度與背景強度之比大(信噪比大);
5)分析速度快;
6)結構簡單，容易操作，安全;
7)自吸收效應小，校準曲線的線性范圍寬。
原子發射光譜儀的類型，目前常用的光源有以下兩種：一類是經典光源(電弧及火花)，另一類是等離子體及輝光放電光源，其中以電感耦合等離子體光源(ICP)居多，在不同的領域中得到廣泛的應用。
2.1電感耦合等離子體光源(ICP)
等離子體(Plasma)一詞首先由Langmuir在1929年提出，目前一般指電離度超過0.1%被電離了的氣體，這種氣體不僅含有中性原子和分子，而且含有大量的電子和離子，且電子和正離子的濃度處于平衡狀態，從整體來看是處于中性的。從廣義上講像火焰和電弧的高溫部分、火花放電、太陽和恒星表面的電離層等都是等離子體。
等離子體可以按溫度分為高溫等離子體和低溫等離子體兩大類。當溫度高達106-108K時，所有氣體的原子和分子*離解和電離，稱為高溫等離子體;當溫度低于105K時，氣體部分電離，稱為低溫等離子體。
在實際應用中又把低溫等離子體分為熱等離子體和冷等離子體。當氣體壓力在1.013X105帕(相當1大氣壓)左右，粒子密度較大，電子濃度高，平均自由程小，電子和重粒子之間碰撞頻繁，電子從電場獲得動能很快傳遞給重粒子，這樣各種粒子(電子、正離子、原子、分子)的熱運動能趨于相近，整個氣體接近或達到熱力學平衡狀態，此時氣體溫度和電子溫度基本相等，溫度約為數千度到數萬度，這種等離子體稱為熱等離子體。例如直流等離子體噴焰(DCP)和電感耦合等離子體炬(ICP)等都是熱等離子體，如果放電氣體壓力較底，電子濃度較小，則電子和重粒子碰撞機會就少，電子從電場獲得的動能不易與重粒子產生交換，它們之間動能相差較大電子平均動能可達幾十電子伏，而氣體溫度較低，這樣的等離子體處于非熱力學平衡體系，叫做冷等離子體，例如格里姆輝光放電、空心陰極燈放電等。
在光譜分析中所謂的等離子體光源，通常指外觀上類似火焰的一類放電光源。目前zui常用的有三類：即電感耦合等離子體炬(ICP)、直流等離子體噴焰(DCP)和微波感生等離子體炬(MIP)。對于MIP來說，雖然允許微量進樣，耗氣量小，功率低、易測定非金屬，但對多數金屬檢測限差、元素間干擾嚴重、需要氦氣，因此主要用于色譜分析的檢測器。
ICP和DCP這兩類等離子體光源具有較好的分析性能，均已應用于原子發射光譜儀。
電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)技術的是Greenfiald和Fasel，他們在1964年分別發表了各自的研究成果。七十年代后該技術取得了真正的進展，1974年美國的ThermoJarrell-Ash公司研制出了*臺商用電感耦合等離子體原子發射光譜儀。
ICP光源主要優點是：
1)檢出限低：許多元素可達到1ug/L的檢出限
2)測量的動態范圍寬：5-6個數量級
3)準確度好
4)基體效應小：ICP是一種具有6000-7000K的高溫激發光源，樣品又經過化學處理，分析用的標準系列很易于配制成與樣品溶液在酸度、基體成分、總鹽度等各種性質十分相似的溶液。同時，光源能量密度高，特殊的激發環境——通道效應和激發機理，使ICP光源具有基體效應小的突出優點。
5)精密度高：RSD~0.5%
6)曝光時間短：一般只需10-30秒
7)原子發射光譜分析所具有的多元素同時分析的特點與其他分析方法逐個元素單獨測定相比，無論從效率的經濟，技術等方面都具有很大的特點。這也是ICP原子發射光譜分析取得很大進展的原因之一。
2.2ICP光源的裝置及其形成
炬管的組成：三層石英同心管組成。冷卻(等離子)氬氣以外管內壁相切的方向進入ICP炬管內，有效地解決了石英管壁的冷卻問題。防止其被高溫的ICP燒熔。炬管置于高頻線圈的正中，線圈的下端距中管的上端2-4mm，水冷的線圈連接到高頻發生器的輸出端。高頻電能通過線圈耦合到炬管內電離的氬氣中。當線圈上有高頻電流通過時，則在線圈的軸線方向上產生一個強烈振蕩的環形磁場如圖所示。開始時，炬管中的原子氬并不導電，因而也不會形成放電。當點火器的高頻火花放電在炬管內使小量氬氣電離時，一旦在炬管內出現了導電的粒子，由于磁場的作用，其運動方向隨磁場的頻率而振蕩，并形成與炬管同軸的環形電流。原子、離子、電子在強烈的振蕩運動中互相碰撞產生更多的電子與離子。終于形成明亮的白色Ar-ICP放電，其外形尤如一滴剛形成的水滴。在高度電離的ICP內部所形成的環形渦流可看作只有一匝的變壓器次級線圈，而水冷的工作線圈則相當于變壓器的初級線圈，它們之間的耦合，使磁場的強度和方向隨時間而變化，受磁場加速的電子和離子不斷改變其運動方向，導致焦耳發熱效應并附帶產生電離作用。這種氣體在極短時間內在石英的炬管內形成一個新型的穩定的“電火焰”光源。
樣品經霧化器被氣動力吹散擊碎成粒徑為1-10um之間的細粒截氬氣由中心管注入ICP中，霧滴在進入ICP之前，經霧化室除去大霧滴使到達ICP的氣溶膠微滴快速地去溶、蒸發和原子化。
2.3ICP光源的特性
1)趨膚效應：高頻電流在導體上傳輸時，由于導體的寄生分布電感的作用，使導線的電阻從中心向表面沿半徑以指數的方式減少，因此高頻電流的傳導主要通過電阻較小的表面一層，這種現象稱為趨膚效應。等離子體是電的良導體，它在高頻磁場中所感應的環狀渦流也主要分布在ICP的表層。從ICP的端部用肉眼即可觀察到在白色圈環中有一亮度較暗的內核，俗稱“炸面圈”結構。這種結構提供一個電學的屏蔽筒，當試樣注入ICP的通道時不會影響它的電學參數，從而改善了ICP的穩定性。
2)通道效應
由于切線氣流所形成的旋渦使軸心部分的氣體壓力較外周略低，因此攜帶樣品氣溶膠的載氣可以極容易地從圓錐形的ICP底部鉆出一條通道穿過整個ICP。通道的寬度約2mm，長約5cm。樣品的霧滴在這個約7000K的高溫環境中很快蒸發、離解、原子化、電離并激發。即通道可使這四個過程同時完成。由于樣品在通過通道的時間可達幾個毫秒，因此被分析物質的原子可反復地受激發，故ICP光源的激發效率較高。
2.4ICP光源的氣流
ICP光源自問世以來主要是在氬氣氛中工作的，三股氣流所起的作用各不相同，它們分別是：
1)冷卻氣：沿切線方向引入外管，它主要起冷卻作用，保護石英炬管免被高溫所熔化，使等離子體的外表面冷卻并與管壁保持一定的距離。其流量約為10-20L/min，視功率的大小以及炬管的大小、質量與冷卻效果而定，冷卻氣也稱等離子氣。
2)輔助氣：通入中心管與中層管之間，其流量在0-1.5L/mim，其作用是“點燃”等離子體，并使高溫的ICP底部與中心管，中層管保持一定的距離，保護中心管和中層管的頂端，尤其是中心管口不被燒熔或過熱，減少氣溶膠所帶的鹽分過多地沉積在中心管口上。另外它又起到抬升ICP，改變等離子體觀察度的作用。
3)霧化氣：也稱載氣或樣品氣，作用之一是作為動力在霧化器將樣品的溶液轉化為粒徑只有1-10um的氣溶膠，作用之二是作為載氣將樣品的氣溶膠引入ICP，作用之三是對霧化器、霧化室、中心管起清洗作用。霧化氣的流量一般在0.4-1.0L/min，或壓力在15-45psi。