4.1 帕邢-龙格(Paschen-Range)装置的光谱仪

　　Rowland指出，在曲率半径为R的凹面反射光栅的主截面上(即通过光栅中心而垂直于光栅刻线的平面)，存在一个直径为R的圆。当狭缝和光栅都在这个圆上时，则这个圆就是狭缝衍象焦点的轨迹。这个圆称为罗兰(Rowland)圆，这时凹面光栅同时起到准直与聚焦的作用。

　　光栅方程同样也适用于凹面光栅：d(sinα+sinβ)=ml (m=0，±1，±2……)

　　但式中光栅常数d并不是光栅刻线间的距离d’，而是d’在弦上的投影，即d=d’cosα。在凹面光栅表面上，刻线是不等距离的，而光栅圆弧所对应的弦上是等距离的。由于凹面光栅曲率半径比罗兰圆大一倍，所以必须保证凹面光栅的中点与罗兰圆相切，其他各点对称地偏离罗兰圆。

　　Paschen-Range装置是以罗兰圆为基础的装置，其光路特点是光源、狭缝与凹面光栅固定在罗兰圆上，并在罗兰圆上安排许多出口狭缝和相应的光电倍增管，一次记录很宽的波长范围。为了减小200nm至450nm波长范围内的象散，通常采用27℃左右的入射 角。现代的仪器几乎都采用0.75-1米的焦距，2400条/mm以上的光栅。以满足0.3-0.4nm/mm的线色散率倒数。在Paschen-Range装置中，为了能测至450nm至800nm波长范围的谱线，通常需另加一块光栅，并以原级光栅的零级光为入射光进行色散(见右图)。这类装置已广泛应用于火化光电直读和多通道ICP光谱仪。

　　4.2 Ebert或Czerny-Turnet(C-T)装置的光谱仪

　　在Ebert装置(如下图)中，入射与出射狭缝分别位于光栅的各一侧，并用单个凹形球面镜作为准直与聚焦的元件。从位于球面镜焦面下的狭缝进入的光线投射到准直镜的下半部，并被发射到光栅上。经光栅衍射后的光束投射到准直镜的上半部并聚焦在出射狭缝处。由于这两次反射均发生在轴外，故无象差。此外，由于入射与衍射光束利用反射镜的不同部分。故不会产生严重的散射光。将光栅绕着单色仪的轴而转动，即可进行波长扫描以及选择特定的谱线。

　　在C-T装置(如图)中，用两个较小的凹面反射镜以取代Ebert装置中所使用的单个反射镜，C-T装置的光学特性与Ebert装置相似。C-T对于线性波长或线性波数的扫描较为理想。

　　现代单道扫描型ICP一般均采用这两种光学装置。光栅的驱动装置主要有步进马达直接驱动、正弦杆驱动和电磁驱动等。

　　电磁光栅驱动技术(如图)是一种新颖的高速而**的波长扫描技术。我们知道发射光谱的谱线宽度仅为pm(10-12m)级，要准确测定光谱线的峰值波长并给出其强度值，需要光栅驱动装置有极高的动态波长定位精度。美国热电公司的电磁驱动(检流计驱动)技术不同于机械驱动，具有扫描速度快(2000nm/s)、精度高、无磨损、寿命长、维护简便等一系列特点。

　　4.3 中阶梯光栅光谱仪

　　中阶梯光栅结合棱镜实现二维交叉色散，光路结构如图。

　　中阶梯光栅光谱仪

　　由于中阶梯光栅经交叉色散后能给出面积较小，兼有较**长范围和高分辨率及高色散率的二维光谱(见图)。

       因此，自70年代初就开始研究用成像器件作为二维光电检测器，到了90年代，固态二维成像器件(CID和CCD)的性能有了很大的进展，用中阶梯光栅光谱仪配用固态检测器的原子发射光谱仪得到迅速的发展。