原子發射光譜法包括了三個主要的過程，即：

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

2、將發射的各種波長的光經分光系統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，對物質中元素進行定性定量分析。

今天我們要介紹的是發射光譜的主要部件之一—激發源：作用是提供樣品蒸發和激發所需的能量。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

火焰原子發射光譜法早期稱為火焰光度法，是原子發射光譜研究最早采用的激發光源。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原子，在火焰中被激發而產生光譜，經單色器分解成單色光后通過光電系統測量。

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，因此只能激發少數的元素，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和不斷發展，已經很少使用這種方法，但對于激發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、土壤、植物、化工產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

電弧激發光源與火花放電激發光源是應用最早的電激發光源。電弧是較大電流通過兩個電極之間的一種氣體放電現象，利用電弧放電進行激發，具有很大的能量，樣品蒸發、離解，并進而使原子激發而發射出線狀光譜，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、離解成原子、離子、電子，粒子間碰撞使它們激發，從而輻射出光譜線。

直流電弧光源的弧焰溫度高，可使激發70種以上的元素，適用于難熔、難揮發物質的分析，測定的靈敏度高、背景小，適用于定性分析和低含量雜質的測定。因弧焰不穩定易發生譜線自吸現象，使分析精密度、再現性差。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。其不足之處是蒸發能力低于直流電弧，檢出靈敏度低于直流電弧。

電弧激發光源的應用優勢在于非導電固體物料中多種痕量成分的同時測定。在地質試樣、粉末和氧化物樣品中的雜質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生電火花，火花在電極間擊穿時，在電極之間產生放電通道，呈現高電流密度和高溫，電極被強烈灼燒，使電極物質迅速蒸發，形成高溫噴射焰炬而激發。由于火花放電可以在兩個導體之間發生，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，具有很強的激發能力。且放電穩定性好，分析結果重現性好，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)光源它由高頻發生器、等離子體炬管和霧化器組成，為現代原子發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，使等離子體呈現環狀結構。這種環狀結構有利于從等離子體中心通道進樣并維持火焰的穩定，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，自吸現象小，線性動態范圍寬達5~6 個數量級，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，能源，化工，水質，環境，食品，生物醫藥等行業以及材料科學，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，它是將從磁控管產生的微波通過同軸電纜傳送至一個同軸諧振腔內，當腔內有工作氣體引入并對腔體進行調諧時，即可在內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其中石英管內的氣體時，由于能量耦合的結果，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也具有很強的激發能力，可以激發周期表中對絕大多數金屬和非金屬元素。與ICP光源比較，設備費用和運轉費用相對較低，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，使光源內氬氣被激發、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⁺和自由電子產生一系列的碰撞，會被激發電離、產生二次電子發射，從而在負輝區產生樣品特征的發射光譜，收集檢測發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。

輝光放電作為激發光源優點：

● 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、系統滲漏或從光源面罩引入的水蒸氣影響

● 需在真空系統下進行

7.激光光源

以激光為激發光源的原子發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，原子或分子發射光譜的波長和強度的檢測，實現對樣品中所含物質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點：

● 適合于各種形態(氣態、液態、固態、顆粒)物質的分析

● 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無需高真空環境，對實驗室環境要求不高，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，如陶瓷、一些超導體等

● 等離子溫度很高，幾乎可激發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無干擾

● 產生的剝蝕坑尺寸在微米級，激光光斑尺寸可調，最小達3～5μm，可實現對樣品的微區分析（對樣品中雜質、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™數據庫源自于真實的LIBS等離子體，并與理論線預測模型結合在一起，幫助分析人員快速準確識別LIBS發射線

● 美國AppliedSpectra公司生產的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，該復合系統與質譜連用，可實現一次剝蝕同時獲得發射光譜和質譜的數據，節省待測樣品、節約分析時間

基于以上顯著的技術特點，LIBS已被廣泛應用于地質、冶金、環境監測、食品安全、生物醫學、考古領域、司法鑒定、太空應用等領域。