主要研究X射线荧光光谱金属组分特征谱位置的确定。 依据不同金属组分的特征谱特性, 分析了特征谱的选取规律, 在奇异值分析理论和模极大值理论的基础上, 分析了基于特征谱小波分解系数的模极大值提取方法, 在不同分解尺度下的特点及其传播特性, 提出了基于模极大值传播的区间特征峰筛选方法, 并对实际测量光谱进行了实验分析。 结果表明: 利用bior4.4小波作为基函数对实验测量的全能谱数据进行4层小波变换, 利用模极大值传播特性, 可以消除全能谱上叠加的部分噪声对光谱分析造成的阶跃影响； 为提高特征峰的位置识别概率, 对小波变换中小于给定阈值的分解系数进行压缩, 将实验获取的X射线荧光全能谱第4层小波分解系数直接进行特征峰识别, 得到的677个峰值位置, 压缩到186个； 在此基础上, 再采用模极大值传播的区间特征峰筛选方法, 筛选区间初始值设置为600 eV, 经识别得到的特征峰峰值位置仅为27个, 识别准确率得到有效提高。

以氢氧化钠和硫化钠为沉淀剂采用共沉淀法同时富集水体中的Cr, Cd和Pb, 通过对Cr(OH)3, Cd(OH)2和PbS沉淀均匀悬浮液抽滤以制成Cr, Cd和Pb均匀分布的薄膜样品并进行能量色散XRF光谱测量, 以实现水体中Cr, Cd和Pb的同时快速分析与检测。 研究了富集过程中的反应时间和反应物摩尔比对薄膜样品XRF光谱强度的影响, 确定了富集过程的最佳反应条件为沉淀反应时间为5 min, OH-与Cr3+的最佳摩尔比为50, OH-与Cd2+的最佳摩尔比为50, S2-与Pb2+的最佳摩尔比为2; 对富集后不同浓度的薄膜样品进行了均匀性检验, 富集区域6个不同位置荧光强度的相对标准偏差均小于48%, 说明富集后的薄膜样品具有较好的均匀性; 将不同浓度薄膜样品的理论浓度值与ICP-MS方法测得的浓度值进行对比分析, 验证了该富集方法对水样中Cr, Cd和Pb的富集率均能达到90%以上; 根据薄膜样品的荧光强度与ICP-MS测得的浓度值, 建立了基于该富集方法的水体中Cr, Cd和Pb的X射线荧光光谱定量分析方法, Cr, Cd和Pb校准曲线的线性相关系数分别为0997 3, 0995 0和0999 8, 当实际采集水样体积为50 mL时, Cr, Cd和Pb的检出限分别为74, 296和85 μg·L-1, 均低于《污水综合排放标准 GB 8978—1996》中Cr, Cd和Pb的最高允许排放浓度, 因此该方法能够实现工业生产及生活排放污水中Cr, Cd和Pb的同时快速分析与检测。 该研究为基于X射线荧光光谱法的水体多种重金属同时快速在线监测提供依据。

分别以富集有Cr, Pb和Cd三种元素的尼龙薄膜样品及玻璃纤维滤膜为研究对象, 采用滤膜叠加的方式, 通过XRF光谱仪测量不同样品厚度下薄膜样品的XRF光谱, 根据测得的尼龙薄膜样品中Cr, Pb, Cd元素及玻璃纤维滤膜中Ca, As和Sr元素特征XRF性质的变化, 研究样品厚度对薄膜法XRF光谱测量的影响。 结果表明: 薄膜样品厚度对不同能量区间上元素特征谱线荧光性质的影响并不相同。 元素特征谱线能量越大, 元素特征X射线荧光穿透滤膜到达探测器的过程中损失越少； 但由薄膜样品厚度增加引起的基体效应却越强, 相应特征谱线位置处的背景荧光强度就越大, 因此样品厚度增加所引起的基体效应对薄膜法XRF光谱测量的灵敏度影响就越大。 对于特征谱线能量较低（能量小于7 keV）的元素, 以增加薄膜样品厚度的方式来增加待测组分的质量厚度浓度, 并不能有效地提高薄膜法XRF光谱测量的灵敏度； 对于特征谱线能量较高的元素（能量＞7 keV）, 可以通过适当增加样品厚度以增加被测组分的质量厚度浓度的方式来提高XRF光谱测量的灵敏度, 薄膜样品厚度在0.96～2.24 mm内, 更有利于XRF光谱的测量与分析。 该研究为大气及水体重金属薄膜法XRF光谱分析中薄样制备及富集技术提供了重要的理论依据。

重叠三维荧光光谱的解析是荧光光谱解析中的难点, 非负矩阵分解(NMF)作为一种有效的盲分离方法, 能够提取光谱的局部特征和内在联系, 克服光谱严重重叠带来的干扰, 在解析重叠光谱中具有不可比拟的优势。 首先用模拟三维荧光光谱验证了NMF在三维荧光光谱解析中的有效性, 然后将四种不同的NMF算法(乘性迭代算法、 交替最小二乘算法、 二阶方法、 投影梯度算法)用于实测的酚类化合物(百里酚、 间甲酚、 苯酚)三维荧光光谱的解析中, 并讨论了在酚类化合物分离应用中四种NMF算法的收敛速度和计算复杂度的差异。 实验结果表明, 四种方式的NMF标准偏差均在006%以下, 其中交替最小二乘算法在收敛行为和鲁棒性上最为优越。

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。

在实验室条件下, 利用NITON XLt793型便携式X射线荧光光谱重金属分析仪测量并分析土壤中铅元素的X射线荧光光谱特性。 分别以铅的Lα(10.55 keV)和Lβ(12.61 keV)特征谱线作为分析线, 分析了不同基体元素对分析线的影响; 测定在不同铅浓度下的特征谱线强度变化。 结果表明铅的质量分数在10×10-6～1 800×10-6范围内, 元素的光谱强度与浓度之间呈现较好的线性关系; 建立了铅元素的定标曲线, 并计算得到铅的检出限为7.89×10-6。

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。

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。

利用XLt793重金属分析仪，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Ni元素的含量。实验研究了在最佳实验条件下土壤中Ni的X射线荧光特征分析谱线，测定了Ni元素的直接校准曲线。实验结果表明，Ni元素质量分数在(50~1000)×10-6范围内，元素含量与特征谱线强度之间具有较好的线性关系；元素Ni强度分析测量的相对标准偏差（RSD）为8.60%，利用相同土壤类型进行定量分析的结果与标准值的相对偏差为4.43%；利用定标曲线对不同土壤类型进行定量分析，元素测量浓度与标准值的相对偏差为7.13%。

利用Nd∶YAG脉冲激光器(波长为1064 nm)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谱线分离与探测器件，在石墨富集的方式下测量并分析了水中铜元素的激光诱导击穿光谱(LIBS)特性。实验中以铜的324.75 nm特征谱线作为分析线，研究了水中铜元素的时间衰减特性，确定了最佳延迟测量时间为1100 ns，最佳门宽为2100 ns，通过对不同铜浓度样品的测量，给出了铜元素的定标曲线，并计算得到铜元素的检测限约为0.0672 mg/L，研究结果为进一步实现水中痕量金属元素的快速检测提供了数据参考。