所有光譜分析儀都包含三個主要組件，第一個是激發金屬樣品中原子的電源，以便它們發出特征光或光發射線——需要將樣品的一小部分加熱到數千攝氏度。這是通過電極在光譜儀中使用高壓電源完成的。樣品和電極之間的電位差產生放電，這種放電通過樣品，加熱和蒸發表面的材料，激發材料的原子，然后發射出元素特征發射線。可以產生兩種形式的放電，電弧是一種類似于雷擊的開/關事件，或者是火花 - 一系列多次放電事件，其中電極的電壓被打開和關閉。這兩種操作模式的使用取決于所測量的元素和所需的精度。

第二個組件是光學系統。光，來自蒸發樣品的多條光發射線，稱為等離子體，進入光譜儀。光譜儀中的衍射分級將入射光分成特定元素的波長，相應的檢測器測量每個波長的光強度。測量的強度與樣品中的濃度偏移元素成正比。


第三個組件是計算機系統。計算機系統獲取測量的強度并通過預定義的校準處理該數據以產生元素濃度。用戶界面確保最少的操作員干預，結果清晰顯示，可以打印或存儲以備將來參考。


    那么我們如何從金屬樣品中生成元素特定的光發射線呢？


    當放電的能量與原子相互作用時，原子外殼中的一些電子被彈出。外層電子與原子核的結合不那么緊密，因為它們離原子核更遠，因此需要更少的輸入能量來噴射。射出的電子產生空位，使原子不穩定。


     為了恢復穩定性，來自遠離原子核的更高軌道的電子下降以填補空位。當電子在兩個能級或殼層之間移動時釋放的多余能量以元素特定的光或光發射的形式發射。每個元素都會發出一系列譜線，對應于不同能級或殼層之間的不同電子躍遷。每個躍遷產生具有固定波長或輻射能量的特定光學發射線。


     對于含有鐵、錳、鉻、鎳、釩等的典型金屬樣品，每種元素都會發出許多波長，從而形成富線光譜。例如，鐵會發射 8000 多種不同的波長，因此為樣品中的給定元素選擇最佳發射線很重要。樣品中原子發出的特征光被傳輸到光學系統，在那里通過高科技分級將其分成光譜波長，分級包含每毫米多達 3600 個凹槽。


     接下來，各個譜線峰值信號由檢測器收集并處理以生成光譜，顯示光強度峰值與其波長的關系。這意味著光譜儀提供了關于被測樣品的定性信息，然而，光譜儀也是一種定量技術。峰值波長可識別元素，其峰值面積或強度表示其在樣品中的數量。然后，分析儀使用此信息根據使用經認證的參考材料的校準來計算樣品的元素組成。整個過程，從按下啟動鍵或扳機到得到分析結果，最快3秒，也可能需要30秒才能完成一次完全準確的定量分析，這一切都取決于所使用的分析儀、量程測量元素的數量和這些元素的濃度。


     與其他分析技術相比，光譜儀具有許多優點：它快速且相對易于使用，它可以測量多種不同類型材料中的各種元素和濃度，包括重要元素，如碳、硫、磷、硼和氮。它在測量微量元素和雜質元素時非常準確，并且與其他技術相比成本相當低。對于金屬的痕量分析，光譜儀是首選方法，光譜儀也是目前唯一可以在實驗室外現場分析碳和氮的方法。