电感耦合等离子体原子发射光谱
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第429页（3418字）
电感耦合等离子体光源(ICP)是指高频电流通过感应圈耦合到等离子体所得到的一种外观上类似火焰的高能量激发光源。
1961年里得(T．B．Reed)研制成功ICP，他采用切线方向引入矩外管气体，得到了稳定的ICP光源，1962年英国的格林菲尔得(S．Greenfield)及美国的法塞尔(V．A．Fassel)各自独立地开展了以ICP为原子光谱分析光源的应用研究，并于1964年及1965年先后发表了他们的分析结果，但他们所获得的元素检出限均不及火焰原子吸收光谱法。直到1969年法塞尔等利用高额电流的趋肤效应及快速注入载气流使ICP形成环状结构，克服了以前的实心泪滴状等离子体的缺陷，使样品可通过环形中心通道有效地导入等离子体，许多元素的检出限才降低至0．1～10ng／ml水平。
1974年出现了第一台ICP原子发射光谱仪，几年后以500台／年的速度增长，这是其他任何分析仪器所没有的。这期间从事研究及应用ICP原子发射光谱分析(ICP－AES)的学者日益增多，他们发现这一具有环形结构的ICP具有许多独特的性质：样品在ICP中停留时间长；ICP中心通道分析物自由原子和离子表现为光薄发射源；具有连续的温度梯度(从9000K至6000K)；以及原子和离子处于化学惰性环境中。
这些性质使ICP成为一个十分有用的蒸发－原子化－激发－电离源，而且基体效应比经典的电弧、火花光源小得多。目前ICF－AES被公认为一种有力的多元素成分测定的原子光谱分析技术，它可以应用于各种类型的样品分析；可测定周期表中除Ar外的元素；在不改变实验参数情况下可对样品中从主量到超微量元素作同时或快速顺序多元素分析；基体效应较小，线性动态范围达5～6个数量级；检出限一般为ng／ml级水平、精密度在0．5%～5%范围。目前已广泛应用于地质、冶金、环境、医药、临床、食品、生物及农业等各个领域中。
随着ICP－AES的发展，其潜在缺点逐渐被发现。
早期认为ICP基体效应极小，可忽略。
但不少学者报道溶剂效应以及碱金属和碱土金属引起的基体效应普遍存在，而且随实验参数而异。
在这种情况下，为消除基体效应，标准与分析样品组分必须相匹配。研究表明，由于ICP－AES中分析线强度是几个实验参数(如等离体的入射功率，载气流量以及光谱测定的观察高度等)的复杂函数，可以通过优化这些参数来降低或消除基体效应。
由于ICP的尚未明晰的特殊激发机理，元素谱线比经典光源获得的丰富。ICP中微粒之间相互碰撞及较高的激发温度导致了谱线变宽，使光谱干扰变得更为复杂。法塞尔等的“谱图信息”及鲍曼斯(P．W．J．M．Boumans)等的“ICP－AES谱线重叠表”均可帮助选择不受干扰或少受干扰的谱线。
近几年，计算机模拟光谱可帮助事先了解分析谱线受到的干扰情况，从而作出最佳选择或提出最佳的校正光谱干扰的方法。
解决光谱干扰最根本和最有效的措施是使用高分辨率光谱仪，因为谱线重叠干扰只是相对于光谱分辨率而言。高分辨率仪器正向两个趋势发展：一是中阶梯光栅光谱仪，其分辨率在紫外区达5×105；二是傅里叶(Fourier)变换光谱仪，在200nm处的分辨率可达106，这两类仪器均已商品化。
其次，由于计算机的广泛应用，使仪器在处理干扰方面能够实现智能化：一是干扰预测智能化，一套完善的软件建立后，只要输入样品类型及一定参数便可在计算机屏幕上观察到分析线受干扰的情况；二是干扰校正智能化，光谱仪在计算机控制下可自动进行寻峰，背景校正及峰强度的计算。
Ar ICP－AES运转费较高，这在一定程序上阻碍了它的广泛应用。
为了降低运转费用，许多学者已研制出N2－ICP，N2－Ar－ICP，空气－ICP，乃至水冷矩外管－ICP，此外还设计了低气流－低功率ICP。但目前上述措施尚未商品化，许多仍停留在实验室阶段。ICP－AES仪器已获得很大的发展；目前，结构紧凑、价格较低廉、分析性能好的计算机控制单道扫描光谱仪已占居主要市场。急需解决的固体样品直接分析现已有了较大的进展，其中以悬浮液直接引入、电热石墨炉以及激光烧蚀等产生的样品干气溶胶引入ICP都是很有发展前途的方法。
ICP放电中分析物激发、电离机理尚不完全清楚，至今还没有一个能统一解释所有实验现象的理论模型。大量实验结果表明，在各种不同的实验条件下，不同元素谱线强度的空间分布以及ICP电子温度、激发温度、电子数密度等的空间分布是不同的。许多学者认为ICP放电存在着偏离局部热平衡(LTE)状况，但是对偏离原因彼此看法不一。
1992年希夫叶(G．M．Hieftje)总结了一些先进的光谱诊断技术。他认为只有采用可靠的光谱诊断技术才有可能深入探讨ICP激发机理。许多学者提出气溶胶雾滴大小会直接影响其中待测组分的蒸发、原子化和激发过程。
因此了解气溶胶的产生、传输及其与等离子体相互作用，对于弄清基体效应和激发过程具有重要意义。
级联光源如ICP－ICP、ICP－微波诱导等离子体以及激光烧蚀－ICP是进一步发展原子发射光谱的新动向，不少学者报道由具有较强原子化能力的热光源和激发能力强的非热激发光源组成的级联光源十分接近理想光源。
ICP不仅是AES的优良光源，也是质谱、荧光等的优良光源。1980年法塞尔与豪克(R．S．Houk)提出将ICP与质谱(MS)相结合，研制出第1台ICP－MS仪器，并对它进行了深入研究。目前该方法正以惊人的速度发展。ICP－MS迅速发展的推动力是它具有极好的检出限，大多数元素的检出限在10～100pg／ml的范围内，某些元素可达1pg／ml；元素质谱图要比AES光谱简单得多；此外，可作同位素快速分析和多元素同时测定。
如果质谱检测部分的成本能大幅度降低，例如使用时间飞行质谱技术，那么它将是一种很有前途的超痕量元素成分的分析技术。
。【参考文献】：
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(中山大学张展霞教授撰)