色散系统

为确保检测的灵敏度，应尽量最大效率地收集光。色散系统能够收集等离子体发出的光并将不同波长的光进行分离，用于定性和定量分析。系统的检测范围为160nm~800nm，一些特殊的应用可低至 120nm。

ICP-OES可使用的色散系统：切尔尼-特纳（Czerny-Turner）、帕邢-龙格（Paschen-Runge）、中阶梯光栅。

切尔尼-特纳（Czerny-Turner）

在这个光学装置中，色散系统是由两个准直镜和一个光栅（或者是安装在一个钻台上的双光栅系统）组成。从等离子体中收集的光经过准直系统入口的透镜后由准光镜反射，光栅将其分光（一般使用高刻线光栅，通常是2400g/mm~4343g/mm），再由第二面镜子将光聚焦到探测器。这种光学装置使用单个探测器，并且为提高光传输
效率将光学组件减到最小。在光谱测量中，切尔尼-特纳光学器件可以提供恒定的分辨率。

光栅旋转可覆盖整个光谱范围和确保整个波长范围，也就是说所有的波长都可以被接收和检测。光栅的移动可由一个正悬臂（sine bar）或一个直接传动系统完成，该系统可以实现更快的移动速度和更好的定位重复性。

帕邢-龙格（Paschen-Runge）
帕邢-龙格（Paschen-Runge）光学器件使用凹面光栅进行分光，光栅也用作准直系统，这里的光栅为高刻线光栅，通常为 2400g/mm~4343g/mm。使用一个透镜将等离子体中的光收集，然后固定光栅位置对其进行分光，分散光会聚焦到一个罗兰圆中，所有的探测器都放置其中，用于检测信号。帕邢-龙格（Paschen-Runge）光学器件可以在整个光谱范围内提供恒定的分辨率，但由于入射狭缝和衍射光的相对位置，使其无法在整个波长范围内提供恒定的分辨率。

中阶梯光栅
中阶梯光栅光学器件使用的是低刻线密度的中阶梯光栅，通常为 50g/mm~100g/mm。需要在光栅之前或之后安装一个系统，用于分离重叠在一起的不同级次光，这个可由棱镜或更特殊的色散器件来实现，光学组件则可以根据仪器的设计固定或移动。光被色散为二维光谱 “Echellogram”，因此需要在二维方向检测。

光谱分辨率即色散系统分离两个窄峰的能力，通常用峰的半高宽表示。光栅的刻线密度越高，光谱分辨率就越好。对于样品里含有许多元素或元素可激发出多条谱线的样品，高的光谱分辨率有助于获得高的检测性能。

刻线密度同时也界定了可检测的波长范围，刻线密度越大，可检测的波长范围越小。­

当使用光栅分光时，它遵循下面的简单原则：

sinα+sinβ=k.n.λ

（α 为入射角，β 为衍射角，k 为衍射级次，n 为刻线密度，λ 为波长）

对于一个给定的光栅（n 固定）、给定的光栅位置（α 和β 固定），可以观察到许多波长λ：λ 是一级光谱、λ/2 是二级光谱、λ/3 是三级光谱……

为避免一些问题，需要在光谱仪中使用级次滤光片。级次会影响系统的光谱分辨率，也可帮助提高分辨率。通常使用的是一级光谱和二级光谱，因为随着级次的增加，光的强度也会跟着降低。对于给定的波长（λ 固定）、给定的光栅（n 固定）、入射角α 固定，可以在不同的衍射角β 下观察一个波长。

仪器的焦距可以影响光谱分辨率和到达探测器的光量，仪器的焦距越长，分辨率越好，但是到达检测器的光就会越少。事实上，ICP-OES 光谱仪的焦距可长达1m，并且可以在不牺牲检测限的前提下提高分辨率。

HORIBA Scientific 的 ICP-OES光谱仪可为需高分辨率的应用配备 1m 焦距的光学器件，也可为需较低分辨率的应用配备 0.64m 焦距的光学器件。

光学器件移动的重复性不好会影响仪器的稳定性。最近技术的改进提高了位置的重复性，使得稳定性有了很大的提升。此外，在采集前使用参考线可以帮助确认位置，以达到极佳的重复性和光学稳定性。HORIBA Scientific（JobinYvon 光谱技术）的 ICP-OES 光谱仪配备了一个直接驱动光栅移动的高精度系统，并且使用了一条参考线来确认实际位置和理论位置。