原子發射光譜（ICP／AES）理論知識（5）——激發光源（A）

　　原子發射光譜（ICP/AES）理論知識（5）——激發光源

　　激發光源

　　作用:提供使試樣中被測元素蒸發解離、原子化和激發所需要的能量。

　　對激發光源的要求:必須具有足夠的蒸發、原子化和激發能力；靈敏度高、穩定性好、光譜背景小；結構簡單、操作方便、使用安全。

　　常用的激發光源的類型：

　　（一）直流電弧

　　（二）交流電弧

　　（三）電火花

　　（四）電感耦合等離子體(ICP)（Inductively coupled plasma）

　　重要術語的意義:

　　擊穿電壓：使電極間擊穿而發生自持放 電的最小電壓。

　　自持放電：電極間的氣體被擊穿后，即使沒有外界的電離作用，仍能繼續保持電離，使放電持續。

　　燃燒電壓：自持放電發生后，為了維持放電所必需的電壓。

　　共振線、靈敏線、最后線及分析線:

　　由激發態直接躍遷至基態所輻射的譜線稱為共振線。

　　由較低級的激發態（第一激發態）直接躍遷至基態的譜線稱為第一共振線，一般也是元素的最靈敏線。

　　當該元素在被測物質里降低到一定含量時，出現的最后一條譜線，這是最后線，也是最靈敏線。用來測量該元素的譜線稱分析線。

　　（一）直流電弧

　　1、工作原理

　　利用直流電作電源，使電極間隙產生電弧以使試樣蒸發、原子化及激發。

　　直流電弧工作時，陰極釋放出來的電子不斷轟擊陽極，使其表面上出現一個熾熱的斑點。這個斑點稱為陽極斑。陽極斑的溫度較高，有利于試樣的蒸發。因此，一般均將試樣置于陽極碳棒孔穴中。在高溫下，物質在陽極蒸發、電離、原子化、激發、 躍遷，產生特有的譜線。

　　2、電弧溫度

　　分為電極表面溫度和弧焰溫度：電極表面溫度與試樣的蒸發有關，而弧焰溫度則影響激發過程。

　　在直流電弧中，弧焰溫度取決于弧隙中氣體的電離電位，一般約4000  -7000K，尚難以激發電離電位高的元素。電極頭的溫度較弧焰的溫度低，且與電流大小有關，一般陽極可達3800K，陰極則在3000K以下。

　　3、直流電弧的特點

　　優點: 1）電極頭溫度高（與其它光源比較），蒸發能力強，測定的靈敏度高；

　　 2）設備簡單，不需高壓，安全。

　　缺點: 1）放電不穩定，分析結果重現性差；

　　 2）弧較厚，自吸現象嚴重，故不適宜用于高含量定量分析，但可很好地應用于礦石等的定性、半定量及痕量元素的定量分析。

　　（二）交流電弧

　　交流電弧又分為高壓交流電弧和低壓交流電弧。高壓交流電弧的工作電壓為2000－4000V，電流為3－6A，利用高壓直接引弧，由于裝置復雜，操作危險，因此實際上已很少采用。低壓交流電弧的工作電壓為110－220V，設備簡單，操作安全，應用較多。

　　低壓交流電弧發生器由高頻引弧電路（Ⅰ）和低壓電弧電路（Ⅱ）組成。220V的交流電通過變壓器T1使電壓升至3000V左右向電容器充電，當升至G2的擊穿電壓時，電容器放電，產生高頻高壓感應電流，擊穿G2，間隙氣體電離，形成導電通道。

　　高頻引弧電路的作用：

　　將普通的220V交流電直接連接在兩個電極間是不可能形成弧焰的。這是因為電極間沒有導電的電子和離子，采用高頻高壓引火裝置，借助高頻高壓電流，不斷地“擊穿”電極間的氣體，造成電離，維持導電。

　　在這種情況下，低頻低壓交流電就能不斷地流過，維持電弧的燃燒。這種高頻高壓引火、低頻低壓燃弧的裝置就是普通的交流電弧。

　　3.交流電弧的特點：

　　 交流電弧是介于直流電弧和電火花之間的一種光源。

　　優點：

　　 1）與直流相比，交流電弧的電極頭溫度稍低一些，但激發溫度較之高；

　　 2）且由于有控制放電裝置，故電弧較穩定。

　　這種電源廣泛用于光譜定性、定量分析。

　　缺點：靈敏度較低。

　　(三）高壓電火花

　　高壓電火花通常使用10000V以上的高壓交流電通過間隙放電，產生電火花。

　　電源電壓U由調節電阻R適當降壓后，經變壓器B，產生10～25kV的高壓，通過扼流線圈D向電容器C充電。當電容器C兩極間的電壓升高到分析間隙G的擊穿電壓時，儲存在電容器中的電能立即向分析間隙放電，產生電火花。放電完了以后，又重新充電、放電，反復進行以維持火花放電不滅。

　　高壓電火花的特點：

　　優點：穩定性較好，由于高壓火花放電時間極短，故在這一瞬間內通過分析間隙的電流密度很大（高達10000-50000A/cm2，因此弧焰瞬間溫度很高，可達10000K以上，故激發能量大，可激發電離電位高的元素。

　　缺點：由于電火花是以間隙方式進行工作的，平均電流密度并不高，所以電極頭溫度較低，且弧焰半徑較小，蒸發能力較低。

　　這種光源主要用于金屬合金分析、適于低熔點和難激發元素的定量分析。