原子發(fā)射光譜法包括了三個主要的過程，即：

1、利用激發(fā)光源提供能量使樣品蒸發(fā)，解離成原子或電離成離子，然后是原子或離子得到激發(fā)，而產(chǎn)生光輻射；

2、將發(fā)射的各種波長的光經(jīng)分光系統(tǒng)分解成按波長順序排列的譜線，形成光譜；

3、用檢測器檢測光譜中譜線的波長和強度，對物質(zhì)中元素進行定性定量分析。

今天我們要介紹的是發(fā)射光譜的主要部件之一—激發(fā)源：作用是提供樣品蒸發(fā)和激發(fā)所需的能量。光源是決定光譜分析靈敏度和準確度的重要因素，它分為火焰光源、電弧光源、火花光源、電感耦合等離子體光源、微波等離子體光源、輝光放電光源以及激光光源。

1.火焰光源

火焰原子發(fā)射光譜法早期稱為火焰光度法，是原子發(fā)射光譜研究最早采用的激發(fā)光源。進行火焰光度分析時，把待測液用霧化器使之變成溶膠導入火焰中，待測元素因熱離解生成基態(tài)原子，在火焰中被激發(fā)而產(chǎn)生光譜，經(jīng)單色器分解成單色光后通過光電系統(tǒng)測量。

火焰的溫度取決于燃氣-助燃氣類型以及比例，火焰的溫度比較低，一般在2000℃～3000℃左右，因此只能激發(fā)少數(shù)的元素，而且所得的光譜比較簡單，干擾較小。

近幾十年來隨著各類原子光譜法的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，已經(jīng)很少使用這種方法，但對于激發(fā)電位較低的一些元素，其與火焰原子吸收光譜法有著相近的檢測能力，且無需附加光源，當前在食品、建材、藥品的化驗分析，臨床物質(zhì)、土壤、植物、化工產(chǎn)品的分析測定中仍有應用。測定元素多為鉀、鈉、鋰、銫、銣等堿金屬以及鈣、鎂、鍶、鋇等堿土金屬元素。

2.電弧光源

電弧激發(fā)光源與火花放電激發(fā)光源是應用最早的電激發(fā)光源。電弧是較大電流通過兩個電極之間的一種氣體放電現(xiàn)象，利用電弧放電進行激發(fā)，具有很大的能量，樣品蒸發(fā)、離解，并進而使原子激發(fā)而發(fā)射出線狀光譜，可分為直流電弧和交流電弧。

帶有凹槽的石墨棒陽極，可放置樣品粉末，其與帶有截面的圓錐形石墨陰極之間的分析間隙約為4～6mm。點燃直流電弧后，兩電極間弧柱溫度達4000～7000K，電極溫度達3000～4000K。在弧焰中樣品蒸發(fā)、離解成原子、離子、電子，粒子間碰撞使它們激發(fā)，從而輻射出光譜線。

直流電弧光源的弧焰溫度高，可使激發(fā)70種以上的元素，適用于難熔、難揮發(fā)物質(zhì)的分析，測定的靈敏度高、背景小，適用于定性分析和低含量雜質(zhì)的測定。因弧焰不穩(wěn)定易發(fā)生譜線自吸現(xiàn)象，使分析精密度、再現(xiàn)性差。陽極溫度高不適用于定量分析及低熔點元素分析。

交流電弧放電具有脈沖性，用高頻引燃裝置點火，弧柱溫度比直流電弧高，穩(wěn)定性較好，可用于定性分析和定量分析，有利于提高準確度。其不足之處是蒸發(fā)能力低于直流電弧，檢出靈敏度低于直流電弧。

電弧激發(fā)光源的應用優(yōu)勢在于非導電固體物料中多種痕量成分的同時測定。在地質(zhì)試樣、粉末和氧化物樣品中的雜質(zhì)元素分析中仍有應用。

3.火花光源

火花光源是通過電容放電的方式，在兩個導電的電極之間產(chǎn)生電火花，火花在電極間擊穿時，在電極之間產(chǎn)生放電通道，呈現(xiàn)高電流密度和高溫，電極被強烈灼燒，使電極物質(zhì)迅速蒸發(fā)，形成高溫噴射焰炬而激發(fā)。由于火花放電可以在兩個導體之間發(fā)生，導體材料可以將樣品作為一個電極，難熔的導電體如鎢或石墨作為對電極，可以很方便地對金屬材料進行分析。

高壓火花光源由于放電瞬間釋放能量大，放電間隙電流密度高，溫度可高達10000K以上，具有很強的激發(fā)能力。且放電穩(wěn)定性好，分析結(jié)果重現(xiàn)性好，適于做定量分析。缺點是放電間隔時間長，電極溫度較低，對試樣蒸發(fā)能力差，適于低熔點、組成均勻的金屬或合金樣品的分析。由于靈敏度低，背景大，不宜做痕量元素分析。

4.電感耦合等離子體光源

電感耦合等離子體(inductively coupled plasma, ICP)光源它由高頻發(fā)生器、等離子體炬管和霧化器組成，為現(xiàn)代原子發(fā)射光譜儀中廣泛使用的新型光源。利用高頻電流通過電感（感應線圈）耦合，電離工作氣體而產(chǎn)生火焰狀等離子體。

在ICP光源中，由于高頻電流的趨膚效應和載氣流的渦流效應，使等離子體呈現(xiàn)環(huán)狀結(jié)構。這種環(huán)狀結(jié)構有利于從等離子體中心通道進樣并維持火焰的穩(wěn)定，且使樣品在中心通道停留時間達2~3ms，中心通道溫度約為7000~8000K，有利于使試樣完全蒸發(fā)并原子化，達到很高的原子化效率，ICP 光源又是一種光薄光源，自吸現(xiàn)象小，線性動態(tài)范圍寬達5~6 個數(shù)量級，可同時測定高、中、低含量及痕量組分。

ICP-OES是光譜分析中應用范圍最為廣泛的分析技術之一。已在冶金，地質(zhì)，能源，化工，水質(zhì)，環(huán)境，食品，生物醫(yī)藥等行業(yè)以及材料科學，生命科學等領域得到廣泛應用。

5.微波等離子體光源

微波等離子體焰炬（Microwave plasma torch，MPT）亦屬于無極放電等離子體光源。采用微波（頻率100MHz~100GHz）電源，微波能量通過諧振腔耦合給矩管中的氣體，使其電離并形成自持微波感生等離子體放電。

由電容耦合方式獲得的微波等離子體稱為CMP，它是將從磁控管產(chǎn)生的微波通過同軸電纜傳送至一個同軸諧振腔內(nèi)，當腔內(nèi)有工作氣體引入并對腔體進行調(diào)諧時，即可在內(nèi)電極的頂端上方形成一個明亮的火焰狀等離子體。因為可把金屬管當做電容器，故將其稱為電容耦合微波等離子體亦稱為單電極微波放電。

以微波誘導方式獲得的微波等離子體稱為MIP，它是將微波通過一個外部金屬腔耦合至流經(jīng)其中石英管內(nèi)的氣體時，由于能量耦合的結(jié)果，使其在石英管里形成一個明亮的火焰狀等離子體，由于此處不存在電極，故又稱為無電極微波放電。

與ICP相似，MP也具有很強的激發(fā)能力，可以激發(fā)周期表中對絕大多數(shù)金屬和非金屬元素。與ICP光源比較，設備費用和運轉(zhuǎn)費用相對較低，但基體效應卻比ICP嚴重。

6.輝光放電光源

輝光放電(glow discharge, GD)屬于低壓氣體放電。樣品作為陰極，在封閉的低氣壓裝置中進行放電。通常在裝置內(nèi)充入一定氣壓的Ar氣（1Torr左右）。兩電極間加足夠高的電壓（一般為250V~2000V）即可形成輝光放電，使光源內(nèi)氬氣被激發(fā)、離解成Ar⁺和電子，在兩電極間形成Ar⁺等離子體。在電場作用下Ar⁺與陰極樣品碰撞，在樣品表面的原子，獲得可以克服晶格束縛的5～15eV的能量，并以中性原子逸出表面，其再與Ar⁺和自由電子產(chǎn)生一系列的碰撞，會被激發(fā)電離、產(chǎn)生二次電子發(fā)射，從而在負輝區(qū)產(chǎn)生樣品特征的發(fā)射光譜，收集檢測發(fā)射光譜對樣品組成元素進行定性定量分析。

輝光放電有直流放電(DC)模式，可用于金屬等導體分析，射頻放電(RF)模式可用于所有固體樣品(導體、半導體和絕緣體)的分析。

輝光放電作為激發(fā)光源優(yōu)點：

● 可直接分析固體樣品，粉末材料需研磨后壓片，樣品前處理簡單

● 放電穩(wěn)定，實驗精密度好

● 基體干擾少，檢出限低

● 放電氣體用量少，操作費用低

● 樣品用量少，僅需幾mg樣品，濺射斑點直徑為2~8mm

● 樣品原子被不斷逐層剝離，隨濺射過程的進行，光譜信息反映由表面到里層的化學組成所發(fā)生的變化，可用于深度分析，可進行幾納米到幾十微米深度的表面層進行分析

缺點：

● 要求樣品非常均勻，且表面平坦光潔

● 在待測物很低的情況下光譜干擾嚴重；等離子體易受沾污，尤其是通過放電氣體、系統(tǒng)滲漏或從光源面罩引入的水蒸氣影響

● 需在真空系統(tǒng)下進行

7.激光光源

以激光為激發(fā)光源的原子發(fā)射光譜稱為激光誘導擊穿光譜（Laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS），將高能量密度的激光脈沖聚焦到樣品表面，燒蝕樣品產(chǎn)生等離子體，通過對等離子體膨脹和冷卻過程中，原子或分子發(fā)射光譜的波長和強度的檢測，實現(xiàn)對樣品中所含物質(zhì)的化學元素進行定性和定量分析的光譜檢測技術。

激光誘導擊穿光譜具備許多獨特的優(yōu)點：

● 適合于各種形態(tài)(氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、顆粒)物質(zhì)的分析

● 幾乎無需樣品制備，降低研究對象再污染的幾率；美國AppliedSpectra公司研制的J200系列LIBS儀器的樣品臺還具有自動調(diào)整高度功能，不論采樣點高度差異如何，均能夠保持精確的激光聚焦，使其在所有采樣點上提供相同的激光能量密度，提高檢測精度

● LIBS無需高真空環(huán)境，對實驗室環(huán)境要求不高，使用和運行費用低

● 激光瞬時能量高，可以分析高硬度、難溶的物質(zhì)，如陶瓷、一些超導體等

● 等離子溫度很高，幾乎可激發(fā)并分析元素周期表上所有元素（H~Pu），多元素同時分析

● 所需樣品量少（單次剝蝕量為pg~ng），對樣品的破壞性小，近似于無損檢測，對試驗對象所在的整個系統(tǒng)無干擾

● 產(chǎn)生的剝蝕坑尺寸在微米級，激光光斑尺寸可調(diào)，最小達3～5μm，可實現(xiàn)對樣品的微區(qū)分析（對樣品中雜質(zhì)、樣品缺陷、包裹體的成分分析）

● 空間分辨率高，能夠完成表面和逐層原位深度分析，揭示不同深度處元素的組成變化，對于確定表面污染物、涂層分析、了解薄膜結(jié)構及識別夾雜物都是一項非常有價值的功能

● 檢測速度快，等離子體持續(xù)時間較短，僅幾十微秒，每次檢測僅需幾秒鐘

● 美國AppliedSpectra公司的TruLIBS™數(shù)據(jù)庫源自于真實的LIBS等離子體，并與理論線預測模型結(jié)合在一起，幫助分析人員快速準確識別LIBS發(fā)射線

● 美國AppliedSpectra公司生產(chǎn)的LIBS亦可同時配備任意兩種檢測器，開辟了新的LIBS檢測功能，滿足您各種檢測需求。并可升級為LA-LIBS復合系統(tǒng)，該復合系統(tǒng)與質(zhì)譜連用，可實現(xiàn)一次剝蝕同時獲得發(fā)射光譜和質(zhì)譜的數(shù)據(jù)，節(jié)省待測樣品、節(jié)約分析時間

基于以上顯著的技術特點，LIBS已被廣泛應用于地質(zhì)、冶金、環(huán)境監(jiān)測、食品安全、生物醫(yī)學、考古領域、司法鑒定、太空應用等領域。