ICP-OES的選購考慮因素三：分光系統
2011-04-06
在原子光譜元素分析中，應用最廣的是原子吸收光譜分析和原子發射光譜分析，而原子發射光譜一個很重要的方面就是電感耦合等離子體光源的應用，它的出現開辟了原子發射光譜儀新的里程碑。從目前分析狀況看，二者在分析能力方面可謂平分秋色、各具特色。
在采用ICP-OES分析中，影響其分析性能的主要有高頻發生器、分光系統、等離子體觀測方式、進樣系統、檢測系統和軟件平臺，本節討論的是 分光系統。
分光系統也是采購考慮的重點對象，直接影響ICP-OES的分析性能，一般要求其波長范圍至少在180～870nm(這個主要根據分析元素的需要來確定，對于測定紫外波長的元素，可以考慮采購分析元素影響的波長范圍)，由于測定的穩定性、重復性和對紫外波長測定的靈敏度，一般對光室都采用驅氣或真空方式的恒溫保護措施，光室是否進行特殊處理將影響光譜儀開機預熱時間的長短和測定的精密度，至于分光系統中其他的色散元件在“原子吸收光譜儀采購淺談”一文中已做了簡單的探討，在此主要針對目前各廠家比較常用的做個介紹。
1平面光柵光譜儀：
主要用于單道掃描ICP-OES上，目前大部分廠家的順序掃描儀器都采用這種類型，如：VARIAN Liberty、海光SPS8000(使用兩個光柵，其中凹面光柵做前置光譜分離，平面光柵做主單色器)、JY-ULTIMA2，比較特別的是GBC Integra XL，采用雙光路即兩個單色器。
作為順序掃描ICP-OES，是按順序一個一個地測定元素的，一般采用步進馬達或電磁驅動轉動光柵(還有一種是轉動檢測器的，如LEEMANPROFILE、采用中階梯光柵)，在遠離分析波長時采用高速轉動，接近分析波長后，慢慢跨越并超過波峰位置，同時進行積分來測定的。由于具有不可避免的機械和熱不穩定性，不能直接轉到波峰進行強度測定，尋峰掃描是在一定波長范圍內進行的，測定信號必須要高出背景信號數倍才能出峰，在測定痕量物質或有較大鄰近線干擾時可能出現誤尋峰的問題。
與目前所謂的“全譜”相比，順序掃描具有很大的價格優勢和測定靈活性，從理論上講可以用于元素所有譜線的分析，適合于基體復雜多變和非標準樣品的分析，更適合做儀器分析研究工作的人員。當然它也有一個弱點就是分析時間相對較長、氬氣用量大，因此這兩個參數也是考查單道掃描ICP的重要指標。目前對于元素分析時間并沒有一個統一的認識，建議采購時作為臨時考查對象。
計量要求：
平面光柵光譜儀波長示值誤差在±0.05nm，波長重復性不大于0.01nm，
對于實際分辨率要求其能完全分開Fe 263.132 nm和Fe 263.105 nm或者能分開Hg 313.155 nm和Hg 313.184 nm即可。
2、凹面光柵光譜儀：
此類型光譜儀以前主要用于制造多通道ICP發射光譜，也屬于多元素同時測定類型，結構簡單，使用光學元件少、光柵本身兼色散、準直、成像功能，不存在色差，但像散比較嚴重。凹面光柵光譜儀沒有使用反射鏡，光損失小，在短波方向進行準確分析是它的特點(如：斯派克的儀器可以測定130～190nm)，可以用于測定波長小于190nm的元素，但是由于其狹縫、通道有限和固定，因此限制了分析的靈活性和同時測定多元素的數目。
3、中階梯光柵光譜儀：
中階梯光柵光譜儀是采用較低色散的棱鏡或其他色散元件作為輔助色散元件，安裝在中階梯光柵的前或后來形成交叉色散，獲得二維色散圖像。它主要依靠高級次、大衍射角、更大的光柵寬度來獲得高分辨率的，這是目前較高水平光譜儀所用的分光系統，配合CCD、SCD、CID檢測器可以實現“全譜”多元素“同時”分析。也有采用中階梯光柵的順序掃描的光譜儀，如：LEEMAN PROFILE。
相對于平面光柵，中階梯光柵有很高的分辨率和色散率，由于減少了機械轉動不穩定性的影響，其重復性、穩定性有很大的提高。而相對于凹面光柵光譜儀，它在具備多元素分析能力的同時，可以靈活地選擇分析元素和分析波長。
目前各廠家的“全譜”儀器基本都采用此類型，只是光路設計和使用光學器件數量上略有不同。
Thermo IRIS、INTREPIDⅡ的光路是先通過棱鏡后再用光柵色散;
VARIAN700系列的光路是先通過棱鏡再到光柵后再通過棱鏡形成二維色散;
而Leeman Prodigy的光路是采用兩個棱鏡在光柵前后分別色散的;
PE OPTIMA則采用兩個光柵、兩個檢測器，經第一個光柵分光后，光路分紫外和可見兩路，紫外光路再投到第二個光柵上，而可見部分經過棱鏡分光，最后到達SCD檢測器，整個光路系統使用了10多個光學器件，是目前所見使用最多光學器件的儀器。
對于中階梯光柵光譜儀
光學分辨率要求在200 nm處至少小于0.009nm(如：LEEMAN Prodigy、Thermo IRIS、INTREPIDⅡ為小于0.005nm、VARIAN700小于0.007nm、PE OPTIMA4000/5000為小于0.006nm、2000為小于0.009nm)，當然上述資料是各廠家的宣傳資料，實際情況大家可以考察，看能否完全分辨開Cu 213.598 nm和P 213.618 nm兩條譜線，或者用Mo的半峰寬來考察實際分辨率。
光學系統還有一個參數那就是雜散光，一般要求在As193.696 nm 處用1000 ppm鈣測定其背景等效濃度(BEC)要小于3ppm(在這方面Thermo、LEEMAN、VARIAN、PE的指標都表現得很好)。
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