．1 ICP光源的裝置及其形成

炬管的組成：三層石英同心管組成（如右圖）。冷卻（等離子）氬氣以外管內壁相切的方向進入ICP炬管內，有效地解決了石英管壁的冷卻問題。防止其被高溫的ICP燒熔。炬管置于高頻線圈的正中，線圈的下端距中管的上端2-4mm，水冷的線圈連接到高頻發(fā)生器的輸出端。高頻電能通過線圈耦合到炬管內電離的氬氣中。當線圈上有高頻電流通過時，則在線圈的軸線方向上產生一個強烈振蕩的環(huán)形磁場如圖所示。開始時，炬管中的原子氬并不導電，因而也不會形成放電。當點火器的高頻火花放電在炬管內使小量氬氣電離時，一旦在炬管內出現了導電的粒子，由于磁場的作用，其運動方向隨磁場的頻率而振蕩，并形成與炬管同軸的環(huán)形電流。原子、離子、電子在強烈的振蕩運動中互相碰撞產生更多的電子與離子。終于形成明亮的白色Ar-ICP放電，其外形尤如一滴剛形成的水滴。在高度電離的ICP內部所形成的環(huán)形渦流可看作只有一匝的變壓器次級線圈，而水冷的工作線圈則相當于變壓器的初級線圈，它們之間的耦合，使磁場的強度和方向隨時間而變化，受磁場加速的電子和離子不斷改變其運動方向，導致焦耳發(fā)熱效應并附帶產生電離作用。這種氣體在極短時間內在石英的炬管內形成一個新型的穩(wěn)定的“電火焰”光源。

樣品經霧化器被氣動力吹散擊碎成粒徑為1-10um之間的細粒截氬氣由中心管注入ICP中，霧滴在進入ICP之前，經霧化室除去大霧滴使到達ICP的氣溶膠微滴快速地去溶、蒸發(fā)和原子化。

2  ICP光源的特性

1)       趨膚效應：高頻電流在導體上傳輸時，由于導體的寄生分布電感的作用，使導線的電阻從中心向表面沿半徑以指數的方式減少，因此高頻電流的傳導主要通過電阻較小的表面一層，這種現象稱為趨膚效應。等離子體是電的良導體，它在高頻磁場中所感應的環(huán)狀渦流也主要分布在ICP的表層。從ICP的端部用肉眼即可觀察到在白色圈環(huán)中有一亮度較暗的內核，俗稱“炸面圈”結構。這種結構提供一個電學的屏蔽筒，當試樣注入ICP的通道時不會影響它的電學參數，從而改善了ICP的穩(wěn)定性。

2)       通道效應

由于切線氣流所形成的旋渦使軸心部分的氣體壓力較外周略低，因此攜帶樣品氣溶膠的載氣可以極容易地從圓錐形的ICP底部鉆出一條通道穿過整個ICP。通道的寬度約2mm，長約125px。樣品的霧滴在這個約7000K的高溫環(huán)境中很快蒸發(fā)、離解、原子化、電離并激發(fā)。即通道可使這四個過程同時完成。由于樣品在通過通道的時間可達幾個毫秒，因此被分析物質的原子可反復地受激發(fā)，故ICP光源的激發(fā)效率較高。

3 ICP光源的氣流

ICP光源自問世以來主要是在氬氣氛中工作的，三股氣流所起的作用各不相同，它們分別是：

1)       冷卻氣：沿切線方向引入外管，它主要起冷卻作用，保護石英炬管免被高溫所熔化，使等離子體的外表面冷卻并與管壁保持一定的距離。其流量約為10-20L/min，視功率的大小以及炬管的大小、質量與冷卻效果而定，冷卻氣也稱等離子氣。

2)       輔助氣：通入中心管與中層管之間，其流量在0-1.5L/mim，其作用是“點燃”等離子體，并使高溫的ICP底部與中心管，中層管保持一定的距離，保護中心管和中層管的頂端，尤其是中心管口不被燒熔或過熱，減少氣溶膠所帶的鹽分過多地沉積在中心管口上。另外它又起到抬升ICP，改變等離子體觀察度的作用。

霧化氣：也稱載氣或樣品氣，作用之一是作為動力在霧化器將樣品的溶液轉化為粒徑只有1-10um的氣溶膠，作用之二是作為載氣將樣品的氣溶膠引入ICP，作用之三是對霧化器、霧化室、中心管起清洗作用。霧化氣的流量一般在0.4-1.0L/min，或壓力在15-45psi。

4 ICP光源的重要工作參數

1)       RF功率：幾乎所有的譜線強度都隨功率的增加而增加。但功率過大也會帶來背景輻射增強，信背比變差，檢出限反而不能降低。對于水溶液樣品，一般選用的功率為950w-1350w，對于溶液中含有機試劑或有機溶劑的樣品，為使有機物充分分解，一般選用1350w-1550w的功率。在測定易激發(fā)又易電離的堿金屬元素時，可選用更低的功率（750w-950w），而在測定較難激發(fā)的As、Sb、Bi等元素時，可選用1350w的功率。

2)       霧化氣流量（壓力）：霧化氣的作用已如上述，其大小直接影響霧化器提升量、霧化效率、霧滴粒烴、氣溶膠在通道中的停留時間等。因此要根據每個具體的霧化器精心選擇并在分析過程中保持一致。對于目前廣泛使用的Menhard和GE同心型霧化器，霧化壓力通常在22-35psi間選擇（的是26-30psi），對于“較難”激發(fā)元素如As、Sb、Se、Cd等元素的測定可選用較小的霧化壓力（24-26psi）,使氣溶膠在通道中停留較長的時間，更有利于激發(fā)發(fā)射，對于K、Na等易激發(fā)又易電離的元素的測定，可選用較高霧化壓力（32-35psi），使氣溶膠在通道中停留時間較短，且霧化得更好，以獲得更低的檢出限。

3)       觀察高度：在炬管垂直放置的情況下，采用側向采光，各種元素的激發(fā)區(qū)因元素而異。具有較難激發(fā)的原子譜線的元素如As、Sb、Se等，它們的激發(fā)區(qū)在ICP通道偏低的位置。而具有較易激發(fā)的離子譜線的元素如堿土族元素，周期表的第三、四副族元素，其激發(fā)區(qū)則應在ICP通道偏高的位置。易激發(fā)又易電離的堿金屬元素，在通道較低位置則絕大部分成為很難激發(fā)的離子狀態(tài)。只有在通道的較高位置為觀察區(qū)域。所謂的觀察離度是指工作線圈的頂部作為起點向上計算（如圖所示）。而原子發(fā)射光譜分析的一個重大優(yōu)勢是多元素同時分析，因此曝光高度與其他參數一樣，很難僅考慮個別元素的觀察高度，必須兼顧一次采樣分析所有待測元素，所以一般采用折中的觀察高度。在調試儀器時，一般以1ppm的Cd元素來選擇的觀察高度（通常在15mm左右）。另可通過輔助氣的改變可使觀察高度在13-17mm間調整。

4)       頻率：在一般情況下ICP的頻率并不認為是重要的參數，目前常用的頻率為27.12MHz與40.68MHz，這是為了避免與廣播通訊相干涉而專門留給工業(yè)部門使用的頻率，也比較適合于產生ICP，所以正規(guī)的ICP發(fā)生器都采用這個指定的頻率。