傳統的原子發射光譜儀器是采用衍射光柵，將不同波長的光色散并成像在各個出射狹縫上，光電倍增管（PMT）則安裝于出射狹縫后面。為了使光譜儀能裝上盡可能多的檢測器，儀器的分光系統必須將譜線盡量分開，也就是說單色器的焦距要足夠長，最初的達3.2m。即使采用高刻線光柵，也需0.5m至1.0m長的焦距，才有滿意的分辨率和裝上足夠多的檢測器。而且，所有這些光學器件均需精確定位，誤差不得超過幾個微米；并且要求整個系統有很高的機械穩定性和熱穩定性。

由于振動和溫濕度變化等環境因素導致光學元件的微小變形，將使光路偏離定位，造成測量結果波動。為減少這類影響，通常將光學系統放置在一塊長度至少為0.5m以上的剛性合金基座上，整個單色系統必須恒溫恒濕。這就是傳統光譜儀龐大而笨重，使用條件要求高的原因。而且，由于傳統的光譜儀是使用多個獨立的PMT和電路測定被分析元素，分析一個元素至少要預先設置一個通道。

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