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原子發射光譜法（atomic emission spectrometry，AES）是根據試樣中被測元素的原子（或離子），在光源中被激發而發射的特征光譜（characteristic spectrum）來進行元素的定性和定量的分析方法。
一、儀器工作原理
通常組成物質的原子處于*穩定的基態（ground state），其能量*低。當原子受到外界能量（如電能熱能或光能）作用時，原子的外層電子就從基態躍遷到更高的能級狀態即激發態（excited state）。處于激發態的原子很不穩定，約經10-8s后，原子躍遷回基態或其他較低的能級，以光輻射的形式釋放出多余的能量，產生光譜。原子發射光譜是由于原子的外層電子在不同能級之間的躍遷而產生的。利用物質的原子發射光譜來測定物質的化學組成的方法，稱為光譜分析法或發射光譜分析法。
發射光譜的能量可用下式表示，即
由上式可知，每一條發射光譜的譜線的波長，與躍遷前后的兩個能級之差成反比。由于原子內的電子軌道是不連續的（量子化的），故得到的光譜是線光譜（《linespectrum《）因為組成物質的各種元素的原子結構不同，所產生的光譜也就不同，也就是說，每一種元素的原子都有它自己的特征光譜線。原子發射光譜法的研究對象就是被分析物質所發出的線光譜。通過檢測這些特征譜線是否出現，以鑒別某種元素是否存在，這是光譜定性分析的基本原理。
同樣，在一定條件下，這些特征光譜線的強弱與試樣中欲測元素的含量符合羅馬金賽伯經驗公式，即
I=Acb
發射系數A與試樣的蒸發、激發和發射的整個過程有關，與光源類型、工作條件、試樣組分、元素化合物形態以及譜線的自吸收現象也有關系，由激發電位及元素在光源中的濃度等因素決定。元素含量很低時譜線自吸收很小，這時b=1；元素含量較高時，譜線自吸收現象較嚴重，此時b<1。因此，實際使用過程中，往往采用公式的對數形式，這樣，只要是常數，就可得到線性的工作曲線。由此可見，在一定條件下，譜線強度只與試樣中原子濃度有關，通過測量元素特征光譜線的強度，可以鑒定元素的含量，這正是原子發射光譜定量分析的基礎。
二、儀器的基本組成部分
發射光譜分析過程分為三步，即激發、分光和檢測。**步是利用外加能量的作用（激發光源）使試樣蒸發出來，然后離解成原子，或進一步電離成離子，*后使原子或離子得到激發，產生特征輻射；第二步是利用光譜儀把將發射的各種波長的輻射按波長順序展開為光譜；第三步是利用檢測系統對分光后得到的不同波長的輻射進行檢測，由所得光譜線的波長，對物質進行定性分析，由所得光譜線的強度，對物質進行定量分析。
物質光譜的獲得過程和分析過程，可以分別進行，也可以同時進行，前者屬于攝譜分析法，后者屬于目視及光電直讀分析法。
發射光譜儀通常包括激光光源、分光系統（光譜儀）及檢測系統三個主要部分，攝譜分析儀器還應包括觀察光譜、測定波長和強度的儀器，光電直讀儀器則還有數據處理及系統控制系統。
1.激發光源
原子發射光譜分析的光源向試樣提供一定的能量，促使樣品蒸發、原子化（和電離），進而激發樣品中各元素的原子（和離子）產生發射光譜。因而光源可看成發射光譜分析的基礎，光源本身的特性在很大程度上影響光譜分析的靈敏度和準確度。對于原子發射光譜分析而言，一般對光源性能的要求為:蒸發、原子化和激發能力強、穩定性好、分析樣品組成影響小分析線性范圍寬、適應各種類型樣品測定。常用的光源由20世紀40年代的直流電弧、交流電弧、高壓電火花占統治地位，發展到70~80年代電感耦合等離子體光源（inductively coupled plasma，ICP）成為主流。此外，一些實用光源，如直流等離子體噴焰（ direct current plasmajet，DCP）、電容耦合微波等離子體（capacitively coupled microwave plasmamicrowave induced plasma，MIP）及激光微探針和各種串聯光源如gd-miP、iCP-MIP、激光蒸發-MIP等）也大有發展潛力。
各種類型的光源具有各自的特性（激發溫度、蒸發溫度、熱性質、強度、穩定性等）和應用范圍，適用于不同分析對象和不同的分析要求。各種常用發射光譜激發光源的性能及其應用范圍可歸納與表。
表：常用光源性能比較
| 光源種類 | 蒸發溫度 | 激發溫度/k | 蒸發能力 | 激發能力 | 穩定性 | 靈敏度 | 應用范圍 |
| 火焰 | 高 | 2000~3000 | 大 |
小 |
查 |
低 | 堿金屬，堿土金屬 |
| 直流電弧 | 高 | 4000~7000 | 大 | 小 | 查 | 好 | 礦物、難揮發元素 |
| 交流電弧 | 中等 | 4000~7000 | 中 | 中 | 較好 | 好 | 定量分析、合金低含量元素 |
| 電火花 | 較低 | 10000 | 小 | 大 | 好 | 中 | 難激發元素、中高含量元素 |
| 等離子體炬 | 很高 | 4000~7000 | 小 | 大 | 很好 | 高 |
大多數元素的定量分析 |
| 激光 | 很高 | 10000 | 小 | 大 | 好 | 很高 | 微區、不導電試樣 |
2.光譜儀
大光譜儀是用來觀察光源光譜的儀器，它將光源發射的電磁波分解為一定次序排列的光譜。光譜儀的分類方法多，按色散元件的不同，攝譜儀可分為棱鏡攝譜儀、光柵攝譜儀和干涉光譜儀三類。
3.光譜記錄及檢測系統
光譜記錄及檢測系統的作用是接受、記錄并測定光譜。常用的記錄和檢測方法有看譜法、攝譜法和光電直讀法。看譜法以眼睛為檢測器，以看譜鏡或看譜計為分光系統。看譜鏡只能用于定性分析，看譜計可進行半定量和定量分析。攝譜法將從光學系統輸出的不同波長的輻射能在感光板上轉為黑的影像，再通過測微光度計測定譜線黑度，進行定量分析。而光電直讀法以光電倍增管代替感光板作為檢測器，利用光電測量的方法直接測定譜線波長和強度。近年來，光電二極管陣列（PDA）、電感耦合器件（CCD）、電荷注入器件（CID）以及固態光學多道檢測系統（CTDS）等檢測器也開始應用于原子發射光譜儀中。
三、常用儀器型號和主要性能
常用儀器型號和特點如表所示。
表：常用原子發射光譜儀型號和特點
| 生產廠家 | 儀器型號 | 技術參數 | 儀器特點 |
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美國利曼 leeman labs |
Prodigy 全譜直讀等離子體發射光頻譜儀（ICP） |
中階梯光柵，大面積、程序化固態檢測器陣列 L-PAD； 波長范圍165~800nm；分辨率≤0.005mm（200nm）；焦距800mm，色散率0.06nm/mm（200nm）； RF發生器:40.68MHz，水冷 |
大面積、程序化固態檢測器陣列L-PAD，較原CID檢測器大4倍； 高色散率、高分辨率、高準確度； 檢測器像素≥100萬，全譜直讀檢測，一次曝光完成； 非破壞性智能數據讀取處理，超級檢出能力； 超穩定光學結構 |
| 美國瓦里安 Variam | 700-ES 系列ICP-OES 電感耦合等離子原子發射光譜儀 |
波長范圍175~785nm，波長連續覆蓋，**無斷點； RF發生器頻率為40.68MHz； 信號穩定性≤1％RSD（4h）； 焦距0.4m，中階梯光柵刻線924線/mm； 完成EPA22個元素系列測定時間小于5min |
**穩定的射頻發生系統；高分辨率的中階梯光柵交叉色散光學系統； 專利的冷錐接口技術，**消除低溫尾焰； 超過百萬感光點CCD檢測器，靈敏度高且防電子溢流； 功能強大的多任務軟件結合全中文在線多媒體幫助 |
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德國斯派克 Spectro |
SPECTRO CI-ROS VISION 全譜直讀電感耦合等離子體發射光譜儀 |
光譜范圍120~800nm；全息光柵，2924線/mm；動態范圍大于等于8個數量級； 每分鐘測73個元素，每小時可測60多個樣品 |
一維色散+22個CCD檢測器設計，檢測器無需超低溫冷卻，無需氬氣吹掃保護； 全波長覆蓋，120~800nm的波長范圍，可以分析10-6級鹵素；專利密閉充氬循環光路系統，檢測190nm以下譜線，無需氣體吹掃； 3s實現全譜掃描； 所有氣體流量采用質量流量計計算機控制，炬管位置由三維步進電機計算機控制，自動化程度高 |
| SPECTRO LAB 直線光譜儀 |
帕邢-龍格結構的光學裝置，光柵焦距750mm； 波長范圍120~800nm；一級光譜分辨率6pm；允許*多分析通道72個（采用三個分光室組合方式）； 光柵刻線3600條/mm，2400條/mm，1800條/mm可選 |
多光學系統設計，每臺儀器設置3個光學系統；專利的充氮氣（UV--PLUSTM）紫外光學系統，用于分析小于230nm波長；全數學式電流控制激發光源 （CCS）； 快速分析，標準檢測時間18s；TRS時間解析光譜技術，降低檢出限和提高分析精度； SSE單火花測量技術，分析金屬的夾雜物； SPECTRO Spark Analyzer 件便于分析操作，每一步操作都簡單直觀 |
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| 美國PE |
Optima2100DV型電感耦合等離子體發射光譜儀 |
穩定性＜1％RSD/h； 精密度≤0.5%RSD； 大多數元素檢出限可達（0.1~1）×10-9 波長范圍165~782nm； 波長分辨率＜0.006nm(200nm); 光柵刻線79條/mm |
獨創的光路設計，大大提高了紫外區的靈敏度； **設計的40.68MHz自激式固態RF發生器； **的高量子化效率、低噪聲固態檢測器； 靈活的雙向觀測系統，觀測高度在線可調； 多用戶、多任務的操作軟件，獨特的譜線解析功能 |
| 日本島津 Shimadzu | PDA-5500/7000真空光譜發射儀 |
帕邢-龍格結構的光學裝置，凹面光柵曲率半徑0.6m； 光柵刻線2400條/mm； 波長范圍121~589nm； 設定分析通道64個 |
HPSG-500型多功能火花光源，可用軟件設定轉換、激發頻率； 脈沖正態分布(PDA）測光法，可定量測定酸溶液和非酸溶液； 采用TRS時間解析光譜技術，降低檢出限和提高分析精度； PDA-5500為單基本儀器；PAD-7000為多基本儀器；在電極架上有改進 |
| ICPE-9000電感耦合等離子體發射光譜儀 |
光柵刻線79條mm； 光柵初次38~135級； 波長范圍167~800nm； 分辨率＜0.008nm（200nm）處 |
采用晶體管固態高頻發生器，霧化效率高，載氣可以用工業氬（99.5％），節約成本； 真空型中階梯光柵分光器； 大面積、高分辨率CCD檢測器； ICPEsolution軟件支持，實現分析波長自動選擇、共存元素信息自動生成、定性分析、定量分析、保存全波長區域數據
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| 北京科創海光 | WLY100-2型電感耦合等離子體發射光譜儀 |
光柵刻線79條/mm； 光柵級次38~135級； 波長范圍167~800nm； 分辨率＜0.008nm（200nm處） |
自激式光源，頻率為40MHz，功率為1.0~1.6KW； 豎式單色器設計； 單個通道，順序掃描； 光柵2400條/mm或3600條/mm可選，焦距1m； 分析速度快，每分鐘可分析6種以上以上元素，可實現多元素同時分析 |
| 北京科創海光 | SPS8000型電感耦合等離子體發射光譜儀 |
精密度≤2％RSD； 動態范圍為5個數量級； 光學分辨率0.001nm（194nm）； 波長范圍175~800nm； 波長重復性≤0002nm； 波長示值誤差±0.001nm |
雙單色器*大尋峰時間5s； 單個通道，順序掃描； 檢測器為雙光電倍增管； 入/出峰固定； 前級單色器焦距20cm，全息凹面衍射光柵； 階梯光柵單色器焦距30cm，中階梯平面衍射光柵； 觀察高度0~30mm（測微頭精確調整）； 40.68MHz他激式RF發生器 |
| 北京納克 | Lab Spark 750 火花直讀金屬元素光譜儀 |
帕邢-龍格結構的光學裝置，光柵焦距750mm； 高發光全息光柵，刻線2400條/mm； 譜線范圍120~800nm；分辨率優于0.01nm； *多可檢測通道30個 |
激發能量、頻率連續可調全數字固態光源； 閃耀技術制作的高發光全息光柵，光傳輸率為60％，光強損失率為40％，性能優于普通全息光柵； 直接放大和高速數據采集、單次火花放電數值解析的專利技術（SDA）有效提高分析精度，可變延時積分技術，大大降低背景干擾 |
| 北京瑞麗 |
WLD-2D 電感耦合等離子體多道光譜 儀 |
帕邢-龍格結構的光學裝置，光柵焦距750mm； 波長范圍180~540nm；光柵刻線2400條/mm；分析精密度RSD<0.2％；檢出限一般可達10-810-10g/mL |
**的固態光源，具有正反向功率保護、駐波比保護和溫度保護等特點，性能更加穩定可靠；**蠕動泵進樣系統，精確控制進樣速度；
新型光電倍增管安裝結構設計，可以設置更多的通道，*多可達40個； 新型出射狹縫設計，結構合理，調試方便快捷，光學系統漂移小； 新型采集控制系統設計，自動化程度高，抗干擾能力強 |
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北京瑞麗 |
WLD-4C 光電直讀光譜儀 |
凹面光柵曲率半徑750mm，光柵刻線2400條/mm； 波段范圍175~450nm； 色散率0.55nm/mm 分析精密度RSD≤0.2％ |
儀器結構設計合理，更加小型化，集體化。 采用高集成化采集和控制系統，自動化程度高； 采用高重復性、高穩定性的激發光源，激發頻率在150~600Hz之間變化，根據用戶所分析材質選用，已達到*佳的分析效果； 采用Windows系統下的中文操作軟件，方便簡捷； 采用局部恒溫，既保證了儀器的正常運行，又降低了對環境要求 |
| WLD-2C 型 ICP多道光電直讀光譜儀 |
分光系統光柵刻線2400條/mm； 波段范圍為190~500nm； 測量系統測量精密度為0.2％； 動態范圍106 ； 分析精密度RSD≤1.5％ |
優良的激發光源，40MHz 自激穩定式帶功率反饋控制電路的高頻發生器； 靈敏度高，檢出限好，元素檢出限在ng/mL級； 濃度范圍寬，可到4~5個數量級； 多元素同時分析，速度快，樣品消耗量少； 具有動態扣除背景的功能； 集成設計的數據采集控制板，置于微機內部，抗干擾能力強 |
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