应用紫外可见(ultraviolet/visible, UV/Vis)光谱技术对表征水产养殖水体中有机物浓度的指标化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)进行快速测量, 对采集到的135份甲鱼养殖水样进行UV/Vis波段全光谱扫描, 采用无信息变量消除(uninformative variable elimination, UVE)和连续投影算法(successive projections algorithm, SPA)相结合的变量选择算法选取全波段光谱中的特征波长, 从201个UV/Vis光谱变量中选取了7个特征波长, 只占全波段光谱变量的3.48%, 降低了建模的时间和模型的复杂度。 结合最小二乘支持向量机(least-square support vector machine, LS-SVM)算法进行COD预测建模, 结果表明: 使用特征波长建模的预测效果(相关系数r(correlation coefficient)=0.89, 预测均方根误差(root mean square error of prediction, RMSEP)=15.46 mg·L-1)好于使用全波段光谱建模的预测效果(r=0.88, RMSEP = 15.71 mg·L-1)。 使用UVE-SPA变量选择算法获取UV/Vis光谱特征波长, 结合LS-SVM建模, 可以快速、 准确的测量水产养殖水体中的COD浓度, 为进一步实现水产养殖水质的在线检测以及其他水质参数的快速测定奠定了基础。

为了在石墨富集的方式下测量并分析水中Cr元素的激光诱导击穿光谱特性，利用Nd∶YAG脉冲激光器作为激发光源，以高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和增强型电荷耦合器件为光信号分离和探测器件，以Cr元素的425.435nm谱线作为分析线，研究了水中Cr元素的时间衰减特性。结果表明，最佳延时时间为1100ns，最佳门宽为1800ns，通过对具有不同Cr元素含量的样品的测量，给出了Cr元素的定标曲线，并最终计算取得Cr元素的检出限为0.520mg/L。这一结果为激光诱导击穿光谱应用于水中Cr元素的快速检测提供了数据参考。

根据浮游植物在不同光照下的荧光诱导特性, 研究了叶绿素荧光作为浮游植物光合作用探针的特点, 提出了原位测量活体叶绿素荧光值Ft和Fm获取浮游植物光合作用活性的方法。 以淡水湖泊浮游植物中的普通小球藻、 铜绿微囊藻和梅尼小环藻为实验对象, 将原位测量方法得到的数据和实验室水样荧光仪的测试结果进行对比分析, 结果表明: 普通小球藻、 梅尼小环藻和铜绿微囊藻的两组测试结果之间的相关系数分别为0.977 8, 0.867 8和0.776 8, 研究为进一步实现水体浮游植物光合作用活性的快速连续原位测量提供了方法。

当前土壤重金属污染严重, 设计手持式土壤重金属现场、在线探测设备十分必要。系统发射光路采用会聚透镜将激光光束会聚并作用到样品; 收集光路采用抛物面镜和分离透镜组将等离子体光谱信号耦合进入光纤; 瞄准光路采用抛物面镜、反射镜和胶合透镜组将待测物点成像到毛玻璃上。激光光束经透镜会聚后作用到样品上的光斑尺寸合适; 等离子体光谱信号耦合至光纤的效率高, 耦合光束数值孔径满足选用光纤的要求; 瞄准系统对待测点成像清晰; 整个光学系统长、宽、高分别小于30、10、25 cm, 结构紧凑、体积小、轻便易携带。设计结果表明, 系统适用于非接触式土壤重金属现场、在线探测应用。

活体浮游植物的叶绿素荧光发射特性与激发光源的波长和强度密切相关，实验选取普通小球藻和铜绿微囊藻作为测试对象，获取了中心波长为450、525、590、620 nm 4个波段LED激发下的叶绿素荧光诱导特性。研究表明，当对应波段上的激发光强分别低于2.8、4.6、3.8、4.3 μmol/(m2·s)时，荧光诱导曲线始终保持在稳定水平本底荧光(Fo)；分别记录同一信号增益下上述4个波段激发时的Fo和激发光光合有效辐射(PAR)，通过拟合可以得到一个粗略的四点离散激发光谱，并结合对应波长处的吸收率数据分析了波长对荧光发射的影响；对经浓度为0.4 μmol/L的二氯苯基二甲脲(DCMU)处理并由90%的乙醇提取叶绿素后的样品和活体浮游植物样本进行对比分析，获得了有显著差异的荧光诱导曲线。实验结果为浮游植物光合作用活性原位测量提供了理论基础和数据支持。

建立了基于自适应核的激光诱导击穿光谱支持向量机回归定量分析模型。通过石墨富集、洛伦兹拟合和碳内标归一化，增强等离子体信号强度，减小环境噪声和能量抖动对水体重金属浓度测量的影响。实现了基于支持向量机回归智能算法的激光诱导击穿光谱定量分析。铅铜的平均相对标准偏差分别为6.4361%和6.9291%，最大相对标准偏差分别为9.1009%和8.9280%，平均相对误差分别为1.6765%和1.2478 %，最大相对误差分别为5.5759%和4.2604%，相关系数分别为0.9979和0.9997。该研究为进一步实现水中痕量金属元素的快速定量分析提供了方法和数据参考。

当前土壤中的重金属污染日益严重, 研究开发便携式土壤重金属快速、现场检测技术设备能为土壤重金属污染状况普查提供快速、有效的技术手段。系统中发射光路采用透镜对激光光束会聚并作用到样品; 收集光路采用抛物面镜组对等离子体光信号收集并耦合至光纤。分析了激光光束经透镜汇聚后作用到样品时的功率密度, 给出了等离子体光信号耦合至光纤端面的光斑大小, 并得到整个光学系统的大小尺寸。结果表明, 整个光学系统结构紧凑、体积小、光信号耦合效率高, 非常适用于便携式土壤重金属快速、现场的探测系统应用。

激光诱导击穿光谱（LIBS）谱线具有很窄的展宽，且光谱仪因外界温度条件的变化存在波长漂移，光谱数据为离散数字信号，受噪声、谱线重叠及连续背景的影响，信号存在失真和变形。而目前光谱仪自带谱线识别分析软件主要以“就近原则”为主，错误率较高，必须依赖于人眼的观察对比。针对这个问题，在研究LIBS光谱特性的基础上，提出了一种窗口可变滑动相关分析方法（CAASW），用于激光诱导击穿光谱谱线自动识别。以土壤标准物质为样品，对该方法进行了实验分析和评价，与光谱仪自带分析识别软件相比，CAASW明显提高了识别准确率和识别速度，最终实现了谱线的自动识别。

利用能量色散型XRF重金属实验平台， 在实验室自然大气环境下获取土壤的X射线荧光， 通过X射线荧光光谱法定量分析了国家标准土壤样品中元素Ni的含量。 实验研究了土壤中Ni元素的X荧光特征分析谱线， 采用加入内标法测定了Ni元素定标曲线， 并依据实验结果分析了内标元素选取方法。 实验结果表明， 对土壤样品进行内标法分析时， 可选取基体中适宜元素作为内标元素； 使用Pb的Lα线， Cu和Fe的Kα线作内标线时相对标准偏差（RSD）分别为6.24%， 5.24%和5.22%， 说明选择合适基体主量元素的特征谱线作为内标线， 可有效提高测量结果的准确性。

以1 064 nm波长Nd∶YAG脉冲激光为激发光源, 采用高分辨率、 宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和ICCD为谱线分离与探测器件, 实验研究了水体中痕量镍元素的激光诱导等离子体光谱发射特性和检测限； 为了延长水体中金属元素的激光等离子体光谱发射时间、 提高光谱检测灵敏度并减小ns激光作用下水滴溅射的影响, 实验中以固体圆饼状石墨块为样品基体进行元素富集, 通过在基体表面固定区域滴定固定量的已知不同浓度的硝酸镍溶液, 烘干并制备待测样品。 研究表明, 镍的最佳探测延迟时间在700 ns左右, 元素谱线强度随着样品浓度的增加而增大并在较低浓度下呈现良好的线性关系, 计算得到水体中Ni元素的痕量检测限为0.28, 研究结果为进一步开展水体痕量重金属的激光诱导击穿光谱测量提供了方法。