ICP光譜儀儀器的發展概述

經過近幾十年的發展，ICP發射光譜儀在靈敏度和穩定性及儀器的分析功能等方面已取得很大的提高。主要表現如下：

一、在光源方面的進步

1、高頻發生器的改進：

由于ICP電子密度和激發溫度隨頻率的增加而減低，而光源的背景強度(Ar的連續光譜)則與頻率的平方成反比，隨頻率的提高要降低得多。因此，為了提高高頻發生器的穩定性，采用具有很高頻率穩定性和輸出功率穩定性的固態發生器，等離子體阻抗可自動調節補償，并由計算機控制工作參數、設定點火程序，可自動點火。因此，新型的商品儀器均已使用固態發生器，結合對樣品的引入系統而采取恒溫，提高進樣的穩定性，加上光學系統的恒溫，熱穩定性高，使儀器預熱時間大為縮短，大大提高了ICP光譜儀分析法的分析精度和準確度。

2、采用端視技術以提高靈敏度：

近年來商品ICP光譜儀推出軸向(端視)ICP，有較高的靈敏度和較好的檢出限。ICP光譜儀中，ICP矩管通常是垂直放置，從側面觀察，稱為徑向(側視)ICP。端視ICP(矩管水平放置)的檢出限通常要比側視提高幾倍至一個數量級。這是由于側視只觀測到ICP正常分析區的一部分，信號量較小且背景較高。端視可以觀測ICP整個正常分析區的光發射信號，增加了可測的信號量，同時光譜背景較低，信背比高。因此，端視的檢出限顯著高于側視。端視ICP的主要缺點是線性范圍相對較小。而且分析基體復雜樣品時基體效應較明顯。這是由于在采用水平矩管端視ICP時，等離子矩的尾焰溫度低，產生電子、離子復合，從而可能產生自吸和分子光譜所致。為此通常要采用壓縮空氣“切割”尾焰，或者采用“冷錐技術”(在ICP尾焰區放置一個類似ICP-MS的接口錐的金屬錐)，可以有效地消除尾焰的干擾，以提高端視ICP的穩定性及減少端視ICP的基體干擾。

二、在檢測器方面的發展

1、光電倍增管(PMT)性能得到進一步挖掘：

為了適應多譜線的快速測定，近年來發展了一種高動態范圍的PMT檢測器，它可以隨光信號的強弱(按待測組分濃度高低)由計算機實時控制，高速自動調節增益，配合快速掃描方法可以采集更多的光譜信息。利用這種高動態范圍檢測器及其快速信號采集電路，高速采集光譜，即可獲取樣品的全部譜線。

2、采用光學固態多道檢測器(CCD，CID)，可記錄全部譜線：

電荷耦合器件(CCD)和電荷注入器件(CID)，由于有很高的光電轉換效率和在低溫下噪聲極低，且有很高的檢測靈敏度而被引用于ICP光譜儀上。面陣式CCD或CID可有許多檢測單元，與Echelle光柵產生的二維光譜相結合，可使ICP光譜儀優于通常的多道同時型儀器，具有全譜直讀功能。為了使儀器有更高的分辨率和較寬的光譜覆蓋面，CCD或CID需有較大的尺寸和更高的集成單元；CCD和CID在紫外光區的響應較低，需采用熒光涂層以增強對紫外光的響應；常溫下噪聲較大，CCD需用半導體冷卻器，冷卻至-70℃；CID需用液氮或低溫冰箱冷卻至-80℃以下。

三、ICP發射光譜儀向全譜方向發展

由于PMT光電性能和體積上的局限性，不管是同時型或順序型ICP光譜儀，都會丟失許多光譜信息，限制了光譜儀器向全譜直讀化的發展。CCD，CID等固體檢測器，作為光電元件具有很高的量子效率，接近理想器件的理論極限值，且屬超小型、大規模集成的元件，可以制成線陣式和面陣式的檢測器，能同時記錄成千上萬條譜線，使光譜儀的多元素同時測定功能大為提高。配合中階梯光柵與棱鏡色散系統產生的二維光譜，在焦平面上形成點狀光譜，采用CCD，CID一類面陣式檢測器，從而能更大限度地獲取光譜信息，使儀器具有光電法與攝譜法的優點，便于進行光譜干擾和譜線強度空間分布同時測量，有利于多譜圖校正技術的采用，有效地消除光譜干擾，提高選擇性和靈敏度。而且儀器的結構上有新的變化。采用新型檢測器研制光譜儀器已成為新一代ICP光譜儀器的發展方向。