电感耦合等离子体原子发射光谱法（Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry, 简称ICP-AES或ICP-OES）是化学检验员在现代实验室中进行元素分析的核心技术之一。它以其高灵敏度、宽线性范围、多元素同时测定和良好的精密度，广泛应用于环境、食品、冶金、地质、医药等领域中金属及部分非金属元素的定量分析。

一、基本原理

ICP-AES利用高温氩等离子体作为激发源。当高频电流通过石英炬管外的铜线圈时，产生交变电磁场，使氩气电离形成等离子体。这个等离子体温度极高，可达6000～10000 K，足以将样品中的元素完全原子化并激发。

样品以气溶胶形式被载气带入等离子体中心通道，在高温下发生蒸发、解离、原子化和激发。激发态的原子或离子在返回低能级时发射出具有特征波长的光。通过分光系统将这些光按波长分离，检测器测量其强度，根据强度与浓度的线性关系，结合标准曲线即可定量测定元素含量。

二、仪器主要组成部分

进样系统

雾化器：将液体样品转化为细小、均匀的气溶胶。常见类型有同心雾化器、交叉雾化器。

雾室（ Spray Chamber）：过滤掉大液滴，只允许细小气溶胶进入等离子体，提高稳定性和灵敏度。

载气（通常为高纯氩气）推动气溶胶流动。

ICP源（等离子体炬管）

由三层石英管组成，外层通冷却氩气，中层通辅助氩气，内层通载气和样品。

高频发生器（通常27.12 MHz或40.68 MHz）提供能量，通过感应线圈点燃并维持等离子体“火焰”。

光学系统

轴向观测灵敏度更高，适合痕量分析；

径向观测抗基体干扰能力强，适合高盐或复杂样品。

将复合光分解为单色光，常用中阶梯光栅（Echelle grating）实现高分辨率全谱覆盖。

光路有轴向观测（纵向看等离子体）和径向观测（横向看）两种模式：

检测系统

现代仪器普遍采用固态检测器，如电荷耦合器件（CCD）或互补金属氧化物半导体（CMOS），可同时采集全波段光谱，实现多元素实时检测。

数据处理系统

计算机控制仪器运行，自动完成谱线识别、背景校正、干扰扣除、浓度计算和报告生成。

三、分析流程

样品前处理

液体样品（如水样、酸消解液）需过滤、稀释至合适浓度。

固体样品（如土壤、金属、食品）通常需用酸（硝酸、盐酸、氢氟酸等）进行微波消解或电热板消解，转化为澄清溶液。

消解过程应在通风橱内进行，避免污染和损失。

仪器开机与稳定

开启冷却水、氩气、电源。

预热仪器20～30分钟，使等离子体稳定。

优化仪器参数（如射频功率、载气流速、观测高度）以获得最佳信号。

校准曲线建立

配制一系列含待测元素的标准溶液（浓度梯度覆盖样品范围）。

测定各标准溶液的发射强度，绘制“浓度–强度”校准曲线。

可采用内标法（加入钪、钇等内标元素）校正信号漂移和基体效应。

样品测定

依次测定空白、质控样、标准物质和待测样品。

每个样品重复测定2～3次，取平均值。

仪器自动计算结果并输出报告。

清洗与关机

测定结束后用稀酸（如2% HNO₃）和纯水冲洗进样系统10～15分钟，防止残留。

按顺序关闭等离子体、气体、冷却水和电源。

四、主要特点

多元素同时分析：一次进样可测定70多种元素（金属和部分非金属如P、S、B、Si等）。

灵敏度高：检测限可达ppb（μg/L）甚至ppt（ng/L）级别。

线性范围宽：可达4～6个数量级，无需频繁稀释。

精密度好：相对标准偏差（RSD）通常小于2%。

抗干扰能力强：高温等离子体减少化学干扰，光谱干扰可通过软件校正。

五、常见干扰及校正方法

光谱干扰：

其他元素谱线与待测元素谱线重叠。

校正：选择无干扰的分析线、使用高分辨率光谱仪、背景拟合扣除。

基体效应：

样品中高浓度共存物质影响雾化效率或等离子体温度。

校正：基体匹配、标准加入法、稀释样品、使用内标法。

物理干扰：

如溶液粘度、表面张力影响雾化效率。

校正：保持样品与标准溶液的酸度和基体一致。

六、应用领域

环境监测：水中重金属（Pb、Cd、As、Hg、Cr等）检测。

食品与农产品：营养元素（Ca、Mg、Fe、Zn）和有害元素（Al、Sn、As）测定。

冶金工业：合金成分分析、杂质控制。

地质矿产：岩石、矿物中主量和微量元素分析。

医药与生物：药品中催化剂残留、生物样品中微量元素分析。

七、安全与维护

氩气使用：确保气路密封，防止泄漏和窒息风险。

酸雾防护：样品消解和进样过程应在通风橱内操作。

定期维护：

清洗雾化器、雾室、炬管和采样锥；

更换蠕动泵管；

校准仪器性能（如分辨率、稳定性）。

总结

电感耦合等离子体原子发射光谱法是目前最成熟、应用最广泛的元素分析技术之一。化学检验员应熟练掌握样品消解、仪器操作、参数优化、数据处理和质量控制等关键环节，确保分析结果的准确、可靠和可比。同时，注重日常维护和安全操作，充分发挥仪器性能，为各类检测任务提供有力支撑。