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原子發(fā)射光譜儀的光源系統(tǒng)

原子發(fā)射光譜儀對光源的要求是：靈敏度高、穩(wěn)定性好、重現(xiàn)性好、光源背景小、結(jié)構(gòu)簡單、操作安全。常用的激發(fā)光源有直流、交流電弧，電火花，激光微探針及電感耦合等離子體等。下面主要介紹電感耦合等離子體光源。
等離子體是一種由自由電子、離子、中性原子與分子所組成的總體呈中性的氣體，ICP裝置由高頻發(fā)生器和感應(yīng)圈、炬管和供氣系統(tǒng)、試樣引入系統(tǒng)三部分組成。在炬管的切向方向引入高速氬氣，氬氣在炬管的外層形成高速旋流，通過類似真空檢漏儀的裝置產(chǎn)生的高頻電火花使氬氣電離出少量電子，形成一個沿炬管切線方向的電流。因為炬管放置在高頻線圈內(nèi)，通過高頻發(fā)生器產(chǎn)生的高頻振蕩通過欺巨管線圈耦合到己被電離出少量電子的氬氣上，使氬氣中的這部分電子加速運動，撞擊其他電子產(chǎn)生電離，形成雪崩效應(yīng)，最終靠高頻發(fā)生器連續(xù)提供能量，即可形成一個穩(wěn)定的等離子體火焰。
高頻發(fā)生器的作用是產(chǎn)生高頻磁場以供給等離子體能量。應(yīng)用泛的是利用石英晶體壓電效應(yīng)產(chǎn)生高頻振蕩的他激式高頻發(fā)生器，其頻率和功率輸出穩(wěn)定性高。頻率多為27～50 MHz，輸出功率通常是2～4 kW。
感應(yīng)線圈一般為圓銅管或方銅管繞成的2-5匝水冷線圈。等離子體炬管由三層同心石英管組成。外管通冷卻氣氬氣的目的是使等離子體離開外層石英管內(nèi)壁，以避免它燒毀石英管。采用切向進(jìn)氣，其目的是利用離心作用在炬管中心產(chǎn)生低氣壓通道，以利于。中層石英管出口做成喇叭形，通入氬氣維持等離子體的作用，有時也可以不通氬氣。內(nèi)層石英管內(nèi)徑為1～2 mm，載氣載帶試樣氣溶膠由內(nèi)管注入等離子體內(nèi)。
試樣氣溶膠由氣動霧化器或產(chǎn)生。用氬氣作工作氣的優(yōu)點是：氬氣為單原子惰性氣體，不與試樣組分形成難解離的穩(wěn)定化合物，也不會像分子那樣因解離而消耗能量，有良好的激發(fā)性能，本身的光譜簡單。
當(dāng)有高頻電流通過線圈時，產(chǎn)生軸向磁場，這時若用高頻點火裝置產(chǎn)生火花，形戍的載流子（離子與電子）在電磁場作用下與原子碰撞并使其電離，形成更多的載流子，當(dāng)載流子多到足以使氣體有足夠的導(dǎo)電率時，在垂直于磁場方向的截面上就會感生出流經(jīng)閉合圓形路徑的渦流，強(qiáng)大的電流產(chǎn)生高熱又將氣體加熱，瞬間使氣體形成溫度可達(dá)10 000 K的穩(wěn)定的等離子體焰炬。感應(yīng)線圈將能量耦合給等離子體，并維持等離子體焰炬。當(dāng)載氣載帶試樣氣溶膠通過等離子體時，被后者加熱至6000～7000 K，并被原子化和激發(fā)產(chǎn)生發(fā)射光譜。
ICP焰明顯地分為三個區(qū)域：焰心區(qū)、內(nèi)焰區(qū)和尾焰區(qū)。焰心區(qū)呈白色，不透明，是高頻電流形成的渦流區(qū)，等離子體主要通過這一區(qū)域與高頻感砬線圈耦合而獲得能量。該區(qū)溫度高達(dá)10 000 K，電子密度很高，由于黑體輻射、離子復(fù)合等產(chǎn)生鍍強(qiáng)的連續(xù)背景輻射。：試樣氣溶膠通過這一區(qū)域時被預(yù)熱、揮發(fā)溶劑和蒸發(fā)溶質(zhì)，因此這一區(qū)域又稱為預(yù)熱區(qū)。內(nèi)焰區(qū)位于焰心區(qū)上方，一般在感應(yīng)圈以上10～20 mm，略帶淡藍(lán)色，呈半透明狀態(tài)。溫度為6000～8000 K，是分析物原子化、激發(fā)、電離與輻射的主要區(qū)域。光分析就在該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，因此該區(qū)域又稱為測光區(qū)。尾焰區(qū)在內(nèi)焰區(qū)上方，無色透明，溫度較低，在6000 K以下，只能激發(fā)低能級的譜線。

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