针对标准泡法在远距离SO₂监测定标不准确的实际问题，开展定标误差校正方法研究。首先，基于标准泡定标法原理以及大气辐射传输理论，提出消除光稀释效应影响的图像校正方法；然后，在充分分析窗片与滤光片反射以及气溶胶散射效应的基础上，对反射效应及散射特性对定标结果的影响进行量化；最后，综合上述影响因素计算得到光稀释效应校正及散射特性修正的定标曲线，并比较误差校正的标准泡定标法与DOAS定标法在反演SO₂柱密度图像以及SO₂排放速率之间差异。结果表明，所提出的校正方法可将标准泡法与DOAS法的定标结果差异从59%降低至7%，验证了该误差校正方法的有效性和准确度。

重金属污染一直影响着人们的健康生活, 如镉, 铅和铜等的污染, 故而土壤重金属的快速检测和如何预防, 一直受各国学者关注和研究。 传统土壤重金属检测方法(如原子吸收光谱法、 X荧光光谱法等)样品预处理复杂, 分析成本较高, 易形成样品的二次污染, 不能满足快速分析的要求。 激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种典型的原子发射光谱, 它是基于分析物质中原子和离子受激发而发射的特征谱线信息, 进而研究物质成分的分析方法。 LIBS技术能够快速检测任何状态(固、 液和气态)物质元素的成分和含量, 被看作是未来化学检测和快速绿色分析领域的新兴技术。 LIBS技术具有对样本简单预处理(或不需要处理)、 多元素同步分析、 远距离测量、 适用性广等优势, 被广泛用于生活生产的各个领域, 已成为近年来国内外学者广泛关注和研究的热点之一。 在农业信息快速感知的大背景下, 以激光诱导击穿光谱技术为技术手段, 以土壤重金属铅元素为研究对象, 运用理论分析和数学建模相结合, 建立了多种基于单变量定标曲线的土壤重金属铅检测模型, 并进行了模型验证。 自制15个已知的铅元素浓度梯度的谱线土壤样本, 在获取了土壤LIBS数据之后, 对其进行预处理对比, 建立了基于谱峰强度、 谱峰积分、 洛伦兹拟合强度三种定标曲线模型, 对土壤中铅元素含量进行定量分析, 得出基于三种定标曲线模型对土壤中铅元素含量的预测决定系数R2分别为0.918 0, 0.910 1和0.914 3, 三种定标曲线分析方法的预测结果都较好, 说明了LIBS结合单变量定标曲线法对土壤中铅含量的检测可靠性高。 最后选取部分样本数据进行验证, 结果较好。 研究结果为研发便携式农田土壤污染物检测技术与装备提供技术支撑, 也为农田精准管理和科学施肥奠定基础。

采用基底辅助激光诱导击穿光谱技术,以标准油中的Mg、Ti、Ni与Cr为目标元素进行定量分析。选定Mg II 279.55 nm、Ti I 334.94 nm、Ni I 352.45 nm与Cr I 425.44 nm为目标元素的定量分析谱线进行分析。考察样品预处理静置时间、样品油膜平均厚度、探测延时和激光脉冲能量对Mg、Ti、Ni与Cr元素光谱信号强度与信背比的影响。在最优的实验条件下,利用6个标准油样品建立了标准曲线定标模型,得出Mg、Ti、Ni与Cr的检出限分别为3.10,8.17,18.79,6.10 μg·g ^-1。基于定标曲线,预测了另外5个标准油样品中Mg、Ti、Ni与Cr的质量比,相对误差分别为7.43%、8.91%、13.66%与10.40%。

基于纳秒Nd∶YAG激光器与卡塞格林式望远镜系统建立了一套25 m远距离激光诱导击穿光谱测量装置, 实现了对金属靶材的远距离测量.在此基础上, 利用铝合金标样开展了金属中微量元素远程定量分析, 研究了不同距离下铝合金中Pb、Fe、Ni三种元素的定量分析标定曲线与探测极限.实验结果表明, 在5 m至20 m三种测量距离下, Pb、Fe、Ni三种元素定标曲线的相关性系数均高于0.97; 尽管激光诱导击穿光谱的光谱信号随测量距离增加快速下降, 但是检测限随测量距离增加并无显著改变, 均在50 ppm以下.

采用激光共焦拉曼光谱法, 检测了丙酮/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)涂层液固化过程中溶剂的浓度分布。分别测定了丙酮、PMMA以及不同质量浓度的丙酮/PMMA涂层夜的拉曼光谱, 利用最小二乘法建立了PMMA、丙酮的峰强比与二者质量浓度比的关系。试验结果表明, 校准曲线的线性相关系数达99.9%以上, 通过实时测定得到的光谱可以获得PMMA与丙酮的峰强度比, 进而可以获得该时刻溶剂的浓度。

采用激光诱导击穿光谱(LIBS)对土壤中的营养元素进行了定量检测。采用输出波长为1064 nm、脉宽为5.82 ns的Nd∶YAG脉冲激光器作为光源, 将激光聚焦在土壤表面产生激光诱导等离子体, 使用三光栅光谱仪和门宽控制的增强电荷耦合器件(ICCD)测量等离子体发射光谱。基于传统LIBS系统, 新增了扩束镜系统和实时监测系统, 研制了笼式结构LIBS系统, 优化了笼式结构中扩束镜系统的激光聚焦位置, 获得了最佳的激光聚焦位置0.2 cm。测试了Mg II 279.56 nm、Mg II 280.26 nm和Mg I 285.21 nm谱线的信号强度。结果表明, 笼式结构LIBS系统在信号稳定性上优于传统LIBS系统。定量分析了土壤中营养元素Cu、Mn、Mg、K的质量分数, 它们的检出限分别为0.42×10-6、13.2×10-6、38.5×10-6、62×10-6, 优于传统LIBS系统得到的检出限。基于定标模型预测了土壤中Cu、Mn、Mg、K元素的质量分数, 它们预测值的平均相对误差分别为9.2%、9.6%、8.5%、10.9%。

土壤元素的丰缺是对土壤养分检测、 农业按需种植和科学施肥的依据, 是精准农业农情信息感知技术检测的关键点, 更为农业生态、 高效和优质生产提供理论指导。 该研究运用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术结合定标曲线法和偏最小二乘回归（PLSR）方法对土壤中的Al, Fe, Mg, Ca, Na和K多种元素同时进行定量分析。 利用LIBS检测仪获取了五种标准土壤样品（国家编号: GBW07446, GBW07447, GBW07454, GBW07455和GBW07456）的LIBS数据之后, 将每种土壤的多条谱线平均处理来消除试验误差。 通过分析所获取的土壤LIBS谱线信息, 选取了Al, Fe, Mg, Ca, Na和K元素的特征分析谱线和分析光谱区间, 并利用谱线的峰值信息和分析光谱区间内的单个或多个谱峰的积分信息（峰面积）与对应元素浓度拟合并建立定标曲线。 结果表明, 基于谱峰的峰面积建立的定标曲线的线性关系优于利用峰值信息建立的定标曲线（Fe除外）。 同时, 针对所选的分析光谱区间和元素的浓度信息, 运用PLSR建立定量分析模型, 其结果明显要优于定标曲线的分析精度, 这也表明LIBS技术结合化学计量学分析在未来光谱化学分析领域有很大应用前景。 研究的结果不仅为现代农业的土壤养分空间分布检测和农田精准施肥技术的应用起指导作用, 还为田间使用的便携式LIBS土壤检测仪的开发奠定了理论基础。

黄连是一种清热解毒的传统中药, 在生长过程中对重金属元素有较强的富集作用。为了能够对中药内重金属元素进行快速鉴别, 以铅元素(Pb)为例, 采用激光诱导击穿光谱技术（LIBS）对其进行检测。实验以Nd: YAG固体脉冲激光器作为激发光源, 八通道光谱仪进行光谱采集, 选用特征谱线Pb 405.7 nm进行分析, 得到了实验条件下的最佳激光能量为60 mJ, 最佳延迟时间为1 μs。对6种不同浓度的样品在最佳实验条件下进行定量分析, 拟合出光谱强度和浓度的定标曲线, 线性拟合度R2=0.976。计算出检测限为0.19%。通过实验结果可得出结论: LIBS可用于黄连Pb污染的快速判定, 对于中药材重金属污染快速检测有极大潜力。

为了验证激光诱导击穿光谱技术对中药内重金属铜元素检测的可行性, 以黄连、附片、茯苓作为检测对象, 分别为其配制了一系列浓度不同的含铜样品。采用1 064 nm的纳秒脉冲激光器作为激发光源, 八通道光谱仪进行光谱采集。选用Cu 324.7 nm作为特征谱线进行分析, 实验确定最佳延迟时间为0.5 μs。根据黄连、附片、茯苓的不同基体情况分别选取适当内标参量进行定量分析, 所得线性拟合度分别为0.986,0.931,0.975, 并与直接定标所得结果进行了对比。实验结果表明, 内标法可提升拟合精度, 激光诱导击穿光谱技术可用于中药重金属铜元素污染的快速检测。

利用激光诱导击穿掺杂Cr、Cu 元素的自制土壤样品，对元素特征谱线的信背比随含量的变化情况进行对比分析，并选择常用谱线Cr(I) 425.435 nm，427.481 nm、Cu(I) 324.754 nm，327.396 nm，利用相应Fe 谱线作为内标作出校准曲线，计算检出限，研究谱线跃迁能级的原子组态、角动量和跃迁几率等微观特性对校准曲线和检出限的影响。研究结果表明，信背比高的谱线得到的检出限相对较低，对元素检测更为敏感；谱线的信背比与谱线对应的跃迁几率无关。跃迁原子组态相同的谱线的信背比随含量变化显示出相同的变化趋势，其中角动量相对较大的谱线Cr(I)425.435 nm(4-3)和Cu(I) 324.754 nm(3/2-1/2)激发状况较好，得到的校准曲线的线性拟合值也相对较高，检出限相比于角动量小的谱线Cr(I) 427.481 nm(3-3)和Cu(I) 327.396 nm(1/2-1/2)分别降低了11%和42%，对元素检测的灵敏度更高，更适合作为元素检测的特征谱线。