激光诱导击穿光谱（LIBS）技术以其在线、原位、实时、多元素分析等特点，被应用于烧结矿混合料成分的快速检测。在工业现场中，经过配比后的烧结矿混合料含有一定的水分。笔者通过配制不同含水量的烧结矿混合料样本，研究了混合料中的含水量与光谱强度之间的关系，建立了烧结矿中Fe、Ca、Si、Mg等4种元素的定量分析模型，结果发现含水量对结果的稳定性和准确性都产生了严重影响。在此基础上，笔者提出了一种基于谱线强度相关性匹配的光谱标准化（SICMS）方法，对不同水分区间下的光谱进行修正，将其转换到标准水分区间内的光谱。实验结果表明：样本中的含水量与光谱强度均值之间存在一种线性关系，可以用光谱平均值间接地表示含水量；采用所提光谱标准化方法对不同水分下的光谱进行修正，可以明显提高定量分析结果的稳定性和准确性。

激光诱导击穿光谱已被广泛应用于物质分析，但是目前的研究多关注于靶材料元素，极少有对环境气体元素进行分析的公开报道，而激光诱导等离子体与环境空气混合的过程对于理解等离子体膨胀过程极其重要。鉴于此，本团队研究了激光诱导击穿光谱中靶材元素铜和气体元素氮、氢、氧的特征光谱随环境气压、延迟时间变化的规律。实验结果表明：铜元素的特征光谱强度与环境气压不呈单调关系，气体元素的光谱强度与环境气压呈单调关系，其中氮元素只有在环境气压大于10 Pa时才可以探测到，氢和氧元素可以在10^-2 Pa时探测到；气体元素的光谱强度随环境气压升高而单调增强，随延迟时间增加而快速下降，信噪比随延迟时间增加而先增大后下降。本工作有助于促进对激光诱导等离子体膨胀过程的理解和实验参数的优化。

使用纳秒激光激发铝箔产生等离子体,对铝箔进行加热,研究样品温度对激光诱导击穿光谱强度和信噪比的影响;对烧蚀坑的直径进行测量,观察烧蚀坑直径随温度的变化。结果表明:铝的两条谱线强度和信噪比均随温度升高而增大,烧蚀坑尺寸也随温度升高而增大。证实了加热样品可以提高激光诱导击穿光谱的灵敏度。

为了研究样品温度对激光诱导击穿Cu等离子体特征参数的影响, 以黄铜为研究对象, 在优化的实验条件下采用波长为532 nm的Nd∶YAG纳秒脉冲激光诱导激发不同温度下的块状黄铜, 测量了Cu等离子体的特征谱线强度和信噪比; 同时在局部热平衡条件下利用Boltzmann斜线法和Stark展宽法分析计算了不同的样品温度条件下等离子体电子温度和电子密度。 实验结果表明, 在激光功率为60 mW时, 随着样品温度的升高, Cu的特征谱线强度和信噪比逐渐增加, 样品温度为130 ℃时达到最大值, 然后趋于饱和。 计算表明, 黄铜样品中Cu元素Cu Ⅰ 329.05 nm, Cu Ⅰ 427.51 nm, Cu Ⅰ 458.71 nm, Cu Ⅰ 510.55 nm, Cu Ⅰ 515.32 nm, Cu Ⅰ 521.82 nm, Cu Ⅰ 529.25 nm, Cu Ⅰ 578.21 nm八条谱线在130℃的相对强度相较于室温（18 ℃）下分别提高了11.55倍、 4.53倍、 4.72倍, 3.31倍、 4.47倍、 4.60倍、 4.25倍、 4.55倍, 光谱信噪比分别增大了1.35倍, 2.29倍、 1.76倍、 2.50倍、 2.45倍、 2.28倍、 2.50倍, 2.53倍。 分析认为, 升高样品温度会增大样品的烧蚀质量, 相对于温度较低状态增加了等离子体中样品粒子浓度, 进而提高等离子体发射光谱强度。 所以, 适当升高样品温度能够提高谱线强度和信噪比, 从而增强LIBS技术检测分析光谱微弱信号的测量精度, 改善痕量元素的检测灵敏度。 同时研究了改变样品温度时等离子体电子温度和电子密度的变化趋势。 计算表明, 当样品温度从室温上升到130 ℃的过程中, 等离子体的电子温度由4 723 K上升到7 121 K时基本不再变化。 这种变化规律与发射谱线强度和信噪比变化趋势一致。 分析认为, 这主要是由于在升高样品温度的初始阶段, 激光烧蚀量增大, 等离子体内能增大, 从而导致等离子体电子温度升高。 当激光烧蚀样品的量达到一定值后不再变化, 激光能量被激发溅射出来的样品蒸发物以及尘粒的吸收、 散射和反射, 导致激光能量密度降低, 电子温度趋于饱和, 达到某种动态平衡。 选用一条Cu原子谱线（324.75 nm）的Stark展宽系数计算激光等离子体的电子密度, 同时研究改变样品温度时等离子电子密度的变化趋势, 计算表明在样品温度为130 ℃时, Cu Ⅰ 324.75 nm对应的等离子电子密度相较于室温（18 ℃）条件下增大了1.74×1017 cm-3。 该变化趋势与电子温度的变化趋势一致。 适当升高样品温度使得电子密度增大, 从而提高电子和原子的碰撞几率, 激发更多的原子, 这是增强光谱谱线强度的原因之一。 由此可见, 升高样品温度是一种便捷的提高LIBS检测灵敏度的有效手段。

研制了一款小型化的激光诱导击穿光谱系统.光源采用低能量、高重频的二极管泵浦固体Nd: YAG激光器, 分析了激光重频和激光能量对光谱信号的影响.激光器工作在重频4 kHz、单脉冲能量为745 μJ、脉宽为17ns时, 得到了7条铅元素的特征谱线.与单脉冲激光诱导击穿光谱系统相比, 不仅特征谱线数量增加, 光谱的信噪比也提高了73%。简化的系统设置和低的激光能量使得激光诱导击穿光谱技术能够应用于更多领域.

基于一阶波恩近似, 研究了部分空间相干平面光经准均匀介质的散射特性, 得到了远场散射光谱强度和光谱相干度的解析表达式。讨论了入射光的空间相干性和介质特性对散射场光谱强度和光谱相干度的影响。比较了入射光是完全相干光和部分相干光时, 散射场光谱强度和相干度的区别。研究结果表明: 入射光的空间相干性对散射场光谱强度的分布有重要影响; 随着入射光空间相干长度的增大, 光谱宽度减小; 光谱相干度随着入射光束腰宽度或介质有效半径的增大而减小。当准均匀介质的有效半径和相干长度、入射光的空间相干长度满足一定条件时, 散射光是完全相干光。

为了明确在应用激光诱导击穿光谱技术进行煤粉流物质成分在线检测过程中, 煤粉粒径大小对激光诱导煤粉流等离子体特性的影响, 利用螺杆给料机搭建煤粉颗粒流检测平台, 分析了粒径不同的6种煤粉流等离子体的光谱数据。结果表明, 在相同的实验条件下, 随着煤粉颗粒粒径减小, 等离子体的电子密度和温度升高, 粒径小于50μm与粒径为250μm~300μm的样品的等离子体电子密度和温度分别升高了19.89%和13.13%;煤粉粒径大小对激光诱导煤粉流等离子体特性有很大影响, 选取合适的煤粉粒径不仅可以提高光谱强度而且元素检出限也得到改善, 更有利于检测样品中含量低的元素。

在电感耦合等离子体原子发射光谱法中, 仍然是以溶液方式把样品引入到光源。 为了提高对水溶液的处理效果, 改变其物理性质, 采用磁力搅拌与激光辐照相结合的手段, 测量了不同实验条件下水溶液的表面张力和粘度。 将处理后的溶液引入到电感耦合等离子体(ICP)中, 测量了样品元素的谱线强度和信背比以及等离子体的激发温度和电子密度。 实验结果表明: 在磁力搅拌器的转速为1 197 r·min-1、 激光输出功率密度为0.227 6 W·cm-2和样品处理时间为15 min的优化条件下, 溶液的表面张力和粘度比未经处理时的分别减小了27.85%和8.66%; 样品元素谱线As 188.980 nm, Cd 214.439 nm, Cr 267.716 nm, Cu 324.754 nm, Hg 253.652 nm和Pb 220.353 nm的强度分别提高了32.07%, 65.36%, 18.27%, 32.29%, 19.38%和54.28%, 信背比分别增大了25.13%, 60.97%, 18.18%, 27.69%, 21.11%和48.93%。 通过测量等离子体的激发温度和电子密度两个主要参数, 在一定程度上解释了水溶液被处理以后等离子体辐射增强的原因。 这种预处理水溶液的方法能够明显提高ICP发射光谱强度, 而且与单独利用激光辐照水溶液的方法比较, 明显缩短了处理样品的时间, 有利于提高工作效率。 此方法操作简便, 在处理样品溶液过程中不存在二次污染问题, 便于推广使用。