電感耦合等離子體激發源
激發源即ICP光源，是發射光譜儀中壹個極為重要的組成部分，它的作用是給分析試樣提供蒸發、原子化或離子化激發的能量，使其發射出特征譜線。電感耦合等離子體裝置由射頻發生器和等離子體炬管組成。
圖8.4 ICP光譜儀結構圖
8.2.1.1 射頻發生器
射頻發生器(也稱高頻發生器)是ICP的高頻供電裝置，為等離子體炬的點燃和維持輸送穩定的高頻電能。
ICP使用的射頻發生器主要有兩種基本類型：壹種是自激式發生器；另壹種是它激式發生器，也稱晶體控制型發生器。射頻發生器實際上是壹個由並聯的電容器和電感器組成的，在所需頻率下產生交變電流的振蕩器。為使ICP放電穩定，振蕩必須是無阻尼的。振蕩回路由於電阻的存在，每次振蕩總要消耗能量，如果不及時補充能量，振蕩將發生衰減。因此，必須不斷地、合拍地給振蕩回路補充其內阻所消耗的能量。例如，當試樣引入等離子體後，其電學特性自然會發生變化，因而也將改變負載線圈的有效阻抗，即阻抗失配。如不對電路重新調諧，等離子體勢必不穩定，甚至熄滅。
ICP發生器的頻率通常有兩種：27.12MHz和40.68MHz(分別是石英振蕩器頻率6.78MHz的4倍或6倍)，頻率穩定性壹般優於0.01%。二者之間沒有顯著的分析性能上的差別。由於40.68MHz的設計壹般在較低功率條件下運行，可能長時間使用時有優勢。保持等離子體所需的功率，壹般為0.75～2.0kW，大多數ICP-MS射頻發生器系統的工作功率為1.0～1.8kW，可調，輸出功率穩定性小於或等於0.1%。
近年來，RF發生器的基本原理與最初設計沒有區別，僅結構變小很多。現在壹些新的發生器用固態電子元件取代了當初的真空功率放大管，所以體積明顯減小，穩定性和可靠性明顯改善，更適合於常規分析。
8.2.1.2 等離子體炬管
ICP炬管是置於負載線圈內的壹組石英管，通常由3個石英同心管組成，即外管、中間管和試樣註入管。炬管的主要作用是使等離子體放電與負載線圈隔開，以防止短路，並借助通入的外氣流帶走等離子體的熱量和限制等離子體的大小。炬管的材料現在多用石英。試樣註入管壹般采用石英、氧化鋁、鉑金以及藍寶石等制成。當電源接通、高頻電流通過線圈時，在石英管內產生交變磁場。等離子體炬管裝置示意圖如圖8.5所示。
圖8.5 等離子體炬管裝置示意圖
炬管有內管固定型和內管可拆卸式兩種。可拆卸炬管的優點是比較靈活，可以隨時拆卸內管進行清洗，或更換其他類型的內管，例如更換耐HF的氧化鋁管。不過，可拆卸式炬管的麻煩之處在於重新安裝，其同心度很重要。不過，現在有的炬管設計了定位銷式炬管結構，拆卸方便、定位準確。
等離子體方法的分析性能，如靈敏度、檢出限、抗幹擾程度等都與氣流，尤其是與載氣流量、正向功率和觀測高度密切相關。等離子體點火的難易、穩定性和抗過熱性都與氣體速度有關，而氣體速度又取決於炬管的尺寸和同心度，所以實際操作中等離子體的最佳化很重要。
8.2.1.3 電感耦合炬管的氣路系統
ICP-AES分析中，通入炬管的工作氣體多為氬氣，特殊情況下可用氮氣或氮氬混合氣。其主要作用是提供維持等離子體、冷卻、保護炬管和輸送試樣等。工作氣體分為以下三種。
(1)等離子體氣
早期曾稱為冷卻氣，這是等離子體的外氣流，由切線方向引入外管，用於維持和穩定等離子體，並防止等離子體的高溫將石英管燒壞，因等離子體在最大渦流流動區溫度可達9000～10000 K。這種熱絕緣是通過壹種旋渦穩定技術實現的，它使用壹種氬氣流以切線方向引入，並螺旋上升，把等離子體沿徑向“箍縮”在石英管的中心，並使外石英管的內壁冷卻，等離子體即穩定在靠近同心管的出口端。其流量視炬管結構而定，壹般為10～20L/min，約占工作氣體總流量的80%～90%。
(2)輔助氣
早期稱為等離子氣，這是等離子體的中層氣流，通入中心管與中層管之間，主要用於“點燃”等離子體(有時亦稱“點燃氣”)及保護中心註入管。其流量壹般為1L/min左右。有時在試樣導入後即可截止，由於中氣流等離子體的生成和穩定並非完全必要，故這種“三氣流”系統的術語，不適合於不用中氣流的“雙氣流”系統。因此，改用“等離子氣”代替原來的“冷卻氣”，“輔助氣”代替原來的“等離子氣”，使之同時適用於雙氣流及三氣流系統。輔助氣還可以“托起”等離子炬，通過調節該氣流達到改變觀察高度的目的。
(3)載氣
亦稱為註入氣或霧化氣，這是等離子體的內管氣流，由霧化器進入，將樣品溶液轉化為粒徑只有1～10μm的氣溶膠。載氣將樣品氣溶膠引入ICP，並對霧化器、霧化室、中心管起到清洗作用。其流量大小對等離子體中觀測區譜線強度的影響最大，流量壹般為0.5～1.5L/min。在采用孔徑較小的噴射管時，這樣的流速足以產生高速的噴射氣流穿透等離子體的中心，形成壹個較冷的通路，該通路被稱為中心通道或軸向通道。
以上三種氣體均使用惰性氣體氬氣，因為氬氣具有以下特性：①容易純化，壹般要求使用99.99%以上的氬氣；②性質穩定，不與試樣組分形成難解離的穩定化合物，也不會因為分子解離而損失能量；③有良好的激發性能；④本身的光譜簡單。要求由裝有二級減壓閥的氣瓶供氣，采用精密控制氣流的質量流控制器和流量計。
8.2.1.4 冷卻和氣體控制系統
冷卻系統包括排風系統和循環水系統，其功能主要是有效地排出儀器內部的熱量。循環水溫度和排風口溫度應控制在儀器要求範圍內。氣體控制系統須穩定正常地運行，氬氣的純度應不小於99.99%。