Теоретические основы метода АЭС-ИСП

Атомная эмиссионная спектроскопия начала развиваться в начале двадцатого века. К середине века дуговая и искровая спектрометрия стала наилучшим инструментом для аналитиков в исследовании следовых концентраций широкого ряда элементов. В это же время пламенная фотометрия уже широко использовалась для определения легковозбуждаемых элементов. Новым толчком развития метода стала серия публикаций об использовании индуктивно связанной плазмы как высокотемпературного источника возбуждения атомов пробы. Плазма возникает за счет пропускания потока аргона через спираль-индуктор, по которой проходит ток высокой частоты. Аргон нагревается до очень высокой температуры, в нём возникает электрический разряд-искра, которая срывает электроны с атомов аргона. Искра запускает цепную реакцию выбивания электронов из атомов аргона, т. е. запускает процесс ионизации аргона и образования плазмы. Такую плазму называют индуктивно-связанной. Образование плазмы происходит в горелке специальной конструкции. Она состоит из трех трубок, по которым идут потоки аргона. Назначение этих потоков следующее: внешний обеспечивает охлаждение горелки, средний подает новые порции аргона в плазму, внутренний поток вносит анализируемый раствор в середину плазмы. В поток аргона раствор образца попадает посредством распылителя. В плазме раствор образца подвергается воздействию высоких температур, достаточных для диссоциации вещества на атомы и для возбуждения атомов в результате их столкновений. Поглощая энергию плазмы атомы возбуждаются, их электроны перескакивают на более дальние энергетические орбиты. Улетая в более холодный участок плазмы возбуждённые атомы возвращаются в нормальное состояние с испусканием полихроматического света (эмиссии), содержащего в себе уникальное характеристическое излучение каждого элемента впрыснутого раствора со строго определённой длиной волны. Эти длины волн называются аналитическими линиями. Их может быть несколько, в разных участках спектра. Они уже давно известны, хорошо измерены и содержатся в справочниках спектральных линий. Как правило они обладают большой интенсивностью.

Эмиссионное полихроматическое излучение, возникшее в плазме с раствором, улавливается посредством фокусирующей оптики спектрометра, затем разделяется на отдельные участки спектра диспергирующим устройством.

В ранних спектрометрах использовались дифракционные решётки, в современных приборах это эшелье решётки. Они способны выделять очень узкие участки спектра, почти равные длине аналитической линии, что превратило метод эмиссионной спектроскопии в селективный многоэлементный метод.

Зная из справочников длины аналитических линий отдельных элементов, можно настроить прибор на вывод сигнала определённой длины волны после разделения полихроматического света.

Полученный таким образом световой сигнал с узкого участка спектра дальше попадает в фотоэлектронный умножитель, после преобразования его в электрический сигнал и усиления, выводится на экране прибора в виде цифровой величины электрического сигнала и в виде кривой волны света на небольшом участке спектра, подобно кривой функции Гаусса.

Схематично ИСП систему можно представить следующим образом.