原子发射光谱法包括了三个主要的过程，即：

1、利用激发光源提供能量使样品蒸发，解离成原子或电离成离子，然后是原子或离子得到激发，而产生光辐射；

2、将发射的各种波长的光经分光系统分解成按波长顺序排列的谱线，形成光谱；

3、用检测器检测光谱中谱线的波长和强度，对物质中元素进行定性定量分析。

今天我们要介绍的是发射光谱的主要部件之一—激发源：作用是提供样品蒸发和激发所需的能量。光源是决定光谱分析灵敏度和准确度的重要因素，它分为火焰光源、电弧光源、火花光源、电感耦合等离子体光源、微波等离子体光源、辉光放电光源以及激光光源。

1.火焰光源

火焰原子发射光谱法早期称为火焰光度法，是原子发射光谱研究最早采用的激发光源。进行火焰光度分析时，把待测液用雾化器使之变成溶胶导入火焰中，待测元素因热离解生成基态原子，在火焰中被激发而产生光谱，经单色器分解成单色光后通过光电系统测量。

火焰的温度取决于燃气-助燃气类型以及比例，火焰的温度比较低，一般在2000℃～3000℃左右，因此只能激发少数的元素，而且所得的光谱比较简单，干扰较小。

近几十年来随着各类原子光谱法的出现和不断发展，已经很少使用这种方法，但对于激发电位较低的一些元素，其与火焰原子吸收光谱法有着相近的检测能力，且无需附加光源，当前在食品、建材、药品的化验分析，临床物质、土壤、植物、化工产品的分析测定中仍有应用。测定元素多为钾、钠、锂、铯、铷等碱金属以及钙、镁、锶、钡等碱土金属元素。

2.电弧光源

电弧激发光源与火花放电激发光源是应用最早的电激发光源。电弧是较大电流通过两个电极之间的一种气体放电现象，利用电弧放电进行激发，具有很大的能量，样品蒸发、离解，并进而使原子激发而发射出线状光谱，可分为直流电弧和交流电弧。

带有凹槽的石墨棒阳极，可放置样品粉末，其与带有截面的圆锥形石墨阴极之间的分析间隙约为4～6mm。点燃直流电弧后，两电极间弧柱温度达4000～7000K，电极温度达3000～4000K。在弧焰中样品蒸发、离解成原子、离子、电子，粒子间碰撞使它们激发，从而辐射出光谱线。

直流电弧光源的弧焰温度高，可使激发70种以上的元素，适用于难熔、难挥发物质的分析，测定的灵敏度高、背景小，适用于定性分析和低含量杂质的测定。因弧焰不稳定易发生谱线自吸现象，使分析精密度、再现性差。阳极温度高不适用于定量分析及低熔点元素分析。

交流电弧放电具有脉冲性，用高频引燃装置点火，弧柱温度比直流电弧高，稳定性较好，可用于定性分析和定量分析，有利于提高准确度。其不足之处是蒸发能力低于直流电弧，检出灵敏度低于直流电弧。

电弧激发光源的应用优势在于非导电固体物料中多种痕量成分的同时测定。在地质试样、粉末和氧化物样品中的杂质元素分析中仍有应用。

3.火花光源

火花光源是通过电容放电的方式，在两个导电的电极之间产生电火花，火花在电极间击穿时，在电极之间产生放电通道，呈现高电流密度和高温，电极被强烈灼烧，使电极物质迅速蒸发，形成高温喷射焰炬而激发。由于火花放电可以在两个导体之间发生，导体材料可以将样品作为一个电极，难熔的导电体如钨或石墨作为对电极，可以很方便地对金属材料进行分析。

高压火花光源由于放电瞬间释放能量大，放电间隙电流密度高，温度可高达10000K以上，具有很强的激发能力。且放电稳定性好，分析结果重现性好，适于做定量分析。缺点是放电间隔时间长，电极温度较低，对试样蒸发能力差，适于低熔点、组成均匀的金属或合金样品的分析。由于灵敏度低，背景大，不宜做痕量元素分析。

4.电感耦合等离子体光源

电感耦合等离子体(inductively coupled plasma, ICP)光源它由高频发生器、等离子体炬管和雾化器组成，为现代原子发射光谱仪中广泛使用的新型光源。利用高频电流通过电感（感应线圈）耦合，电离工作气体而产生火焰状等离子体。

在ICP光源中，由于高频电流的趋肤效应和载气流的涡流效应，使等离子体呈现环状结构。这种环状结构有利于从等离子体中心通道进样并维持火焰的稳定，且使样品在中心通道停留时间达2~3ms，中心通道温度约为7000~8000K，有利于使试样完全蒸发并原子化，达到很高的原子化效率，ICP 光源又是一种光薄光源，自吸现象小，线性动态范围宽达5~6 个数量级，可同时测定高、中、低含量及痕量组分。

ICP-OES是光谱分析中应用范围最为广泛的分析技术之一。已在冶金，地质，能源，化工，水质，环境，食品，生物医药等行业以及材料科学，生命科学等领域得到广泛应用。

5.微波等离子体光源

微波等离子体焰炬（Microwave plasma torch，MPT）亦属于无极放电等离子体光源。采用微波（频率100MHz~100GHz）电源，微波能量通过谐振腔耦合给矩管中的气体，使其电离并形成自持微波感生等离子体放电。

由电容耦合方式获得的微波等离子体称为CMP，它是将从磁控管产生的微波通过同轴电缆传送至一个同轴谐振腔内，当腔内有工作气体引入并对腔体进行调谐时，即可在内电极的顶端上方形成一个明亮的火焰状等离子体。因为可把金属管当做电容器，故将其称为电容耦合微波等离子体亦称为单电极微波放电。

以微波诱导方式获得的微波等离子体称为MIP，它是将微波通过一个外部金属腔耦合至流经其中石英管内的气体时，由于能量耦合的结果，使其在石英管里形成一个明亮的火焰状等离子体，由于此处不存在电极，故又称为无电极微波放电。

与ICP相似，MP也具有很强的激发能力，可以激发周期表中对绝大多数金属和非金属元素。与ICP光源比较，设备费用和运转费用相对较低，但基体效应却比ICP严重。

6.辉光放电光源

辉光放电(glow discharge, GD)属于低压气体放电。样品作为阴极，在封闭的低气压装置中进行放电。通常在装置内充入一定气压的Ar气（1Torr左右）。两电极间加足够高的电压（一般为250V~2000V）即可形成辉光放电，使光源内氩气被激发、离解成Ar⁺和电子，在两电极间形成Ar⁺等离子体。在电场作用下Ar⁺与阴极样品碰撞，在样品表面的原子，获得可以克服晶格束缚的5～15eV的能量，并以中性原子逸出表面，其再与Ar⁺和自由电子产生一系列的碰撞，会被激发电离、产生二次电子发射，从而在负辉区产生样品特征的发射光谱，收集检测发射光谱对样品组成元素进行定性定量分析。

辉光放电有直流放电(DC)模式，可用于金属等导体分析，射频放电(RF)模式可用于所有固体样品(导体、半导体和绝缘体)的分析。

辉光放电作为激发光源优点：

● 可直接分析固体样品，粉末材料需研磨后压片，样品前处理简单

● 放电稳定，实验精密度好

● 基体干扰少，检出限低

● 放电气体用量少，操作费用低

● 样品用量少，仅需几mg样品，溅射斑点直径为2~8mm

● 样品原子被不断逐层剥离，随溅射过程的进行，光谱信息反映由表面到里层的化学组成所发生的变化，可用于深度分析，可进行几纳米到几十微米深度的表面层进行分析

缺点：

● 要求样品非常均匀，且表面平坦光洁

● 在待测物很低的情况下光谱干扰严重；等离子体易受沾污，尤其是通过放电气体、系统渗漏或从光源面罩引入的水蒸气影响

● 需在真空系统下进行

7.激光光源

以激光为激发光源的原子发射光谱称为激光诱导击穿光谱（Laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS），将高能量密度的激光脉冲聚焦到样品表面，烧蚀样品产生等离子体，通过对等离子体膨胀和冷却过程中，原子或分子发射光谱的波长和强度的检测，实现对样品中所含物质的化学元素进行定性和定量分析的光谱检测技术。

激光诱导击穿光谱具备许多独特的优点：

● 适合于各种形态(气态、液态、固态、颗粒)物质的分析

● 几乎无需样品制备，降低研究对象再污染的几率；美国AppliedSpectra公司研制的J200系列LIBS仪器的样品台还具有自动调整高度功能，不论采样点高度差异如何，均能够保持精确的激光聚焦，使其在所有采样点上提供相同的激光能量密度，提高检测精度

● LIBS无需高真空环境，对实验室环境要求不高，使用和运行费用低

● 激光瞬时能量高，可以分析高硬度、难溶的物质，如陶瓷、一些超导体等

● 等离子温度很高，几乎可激发并分析元素周期表上所有元素（H~Pu），多元素同时分析

● 所需样品量少（单次剥蚀量为pg~ng），对样品的破坏性小，近似于无损检测，对试验对象所在的整个系统无干扰

● 产生的剥蚀坑尺寸在微米级，激光光斑尺寸可调，最小达3～5μm，可实现对样品的微区分析（对样品中杂质、样品缺陷、包裹体的成分分析）

● 空间分辨率高，能够完成表面和逐层原位深度分析，揭示不同深度处元素的组成变化，对于确定表面污染物、涂层分析、了解薄膜结构及识别夹杂物都是一项非常有价值的功能

● 检测速度快，等离子体持续时间较短，仅几十微秒，每次检测仅需几秒钟

● 美国AppliedSpectra公司的TruLIBS™数据库源自于真实的LIBS等离子体，并与理论线预测模型结合在一起，帮助分析人员快速准确识别LIBS发射线

● 美国AppliedSpectra公司生产的LIBS亦可同时配备任意两种检测器，开辟了新的LIBS检测功能，满足您各种检测需求。并可升级为LA-LIBS复合系统，该复合系统与质谱连用，可实现一次剥蚀同时获得发射光谱和质谱的数据，节省待测样品、节约分析时间

基于以上显著的技术特点，LIBS已被广泛应用于地质、冶金、环境监测、食品安全、生物医学、考古领域、司法鉴定、太空应用等领域。