激光诱导击穿光谱(LIBS)具有样品无需预处理, 操作简单, 分析快速等优点, 已在多个领域获得应用。 实验搭建了飞秒激光诱导击穿光谱(Fs-LIBS)装置, 使用波长800 nm, 脉宽100 fs的飞秒激光器作为激发光源, 门控ICCD作为检测器。 LIBS用于检测静态液体时会发生液体波动飞溅等问题, 信号较差, 该实验以液体射流的方式进样, 以NaCl标准溶液为模型体相, Na(Ⅰ) 589.0 nm为分析线进行测试。 该实验采用时间分辨LIBS的方法, 考察了飞秒激光作用于样品后的LIBS发射光谱随时间的演化, 发现在激光脉冲作用于样品表面40 ns后Na原子发射谱线达到最强, 信背比也同时达到最大值。 表明飞秒脉冲激发的LIBS可以通过时间分辨, 有效消除宽带背景发射的影响, 更高效地对样品中的待测目标进行检测。 研究了激光激发功率、 ICCD门宽、 激光焦点到样品表面距离等实验条件对LIBS信号强度和信噪比的影响, 并优化了实验参数。 在延迟时间40 ns、 激发功率100 mW、 门宽5 μs、 焦点位于样品前表面的最佳实验条件下, 测试了海水样品的LIBS光谱和Na含量, 检测了不同浓度NaCl标准溶液, 并绘制了Na(Ⅰ) 589.0 nm的定标曲线, 得到NaCl标准溶液中Na元素的检测限为0.98 mg·L-1。 实验结果表明, LIBS技术满足快速、 实时检测元素的要求, 可以用于研究等离子体动力学演化过程, 实现元素的定性和定量分析。

水污染已是当今世界最严重的环境问题之一, 如何提高水体重金属污染检测灵敏度、 降低检测限、 减少样品预处理程序、 实现原位分析等已成为科研工作关注的热点。 基于明胶水凝胶固化方法开展了CuSO4溶液中Cu元素的激光诱导击穿光谱(LIBS)检测研究。 采用Nd∶YAG激光器（输出波长1 064 nm, 脉宽8 ns）作为激光光源, 将明胶与CuSO4溶液混合并通过加热、 搅拌、 老化等操作将CuSO4溶液制成凝胶状固体, 选取Cu Ⅰ 324.7 nm和Cu Ⅰ 327.4 nm作为分析谱线, 通过研究铜等离子体光谱强度随明胶与CuSO4溶液质量比例的变化关系, 获得了明胶CuSO4溶液质量比例为2.5%的最佳实验条件, 与直采CuSO4溶液相比Cu Ⅰ 324.7 nm和Cu Ⅰ 327.4 nm的光谱强度分别增加了2.26和2.11倍, 信背比分别增强了190.74和318.77倍。 在明胶与CuSO4质量分数比为2.5%的最佳实验条件下, 制备了Cu2+浓度分别为8, 12, 16, 24, 48和64 mg·L-1的CuSO4标准溶液的明胶凝胶样品, 分别采用100, 80和60 mJ激光能量对制备的6种浓度的CuSO4标准溶液的明胶凝胶样品进行LIBS检测分析, 建立了分析线Cu Ⅰ 324.7 nm和Cu Ⅰ 327.4 nm的定标曲线。 在激光能量100, 80和60 mJ下, Cu Ⅰ 324.7 nm的线性拟合系数R2分别为0.999, 0.989, 0.984, 检测限分别为0.30, 0.66和6.37 mg·L-1; Cu Ⅰ 327.4 nm的线性拟合系数R2分别为0.997, 0.973和0.956, 检测限分别为0.45, 0.88和10.20 mg·L-1。 研究结果表明: 明胶水凝胶固化方法能够增强CuSO4溶液中铜元素LIBS光谱强度, 有效提高了LIBS在水体重金属检测中的灵敏度, 减低了检测限。 分析线Cu Ⅰ 324.7 nm线性拟合系数和检测限均优于Cu Ⅰ 327.4 nm, 检测限和线性拟合系数随激光能量的增加改善程度增强, 在激光能量100 mJ时, Cu Ⅰ 324.7 nm的定标曲线的线性拟合系数R2为0.999, 检测限为0.30 mg·L-1, 达到了富集方法的检测水平。 明胶水凝胶固化方法样品制备程序简单, 未引入污染元素, 为LIBS技术应用于水体重金属污染检测提供了一种新方法。

为促进LIBS技术在土壤微量重金属元素检测中的应用, 提高特征谱线的光谱强度和信背比, 对实验参数进行优化, 并对Cr元素进行分析。 首先对激光器激发能量、 样品距透镜距离和光谱仪采集延时等实验参数进行优化。 对比激光器能量从60 mJ到110 mJ的谱线强度和信背比, 当选用90 mJ的激发能量时可以得到最佳实验结果。 其次, 选择不同样品到透镜的距离, 对比从焦前5 mm到焦后5 mm得到的实验结果, 得出样品与透镜距离为焦后1 mm(即聚焦位置121 mm)时, Cr元素的特征谱线和信背比达到最佳。 最后, 分析对比光谱仪采集延时对谱线强度和信背比的影响, 结果显示, 与能量对等离子辐射强度的影响趋势大致相同, 当采集延时为1 000 ns时, 实验结果最佳。 在最佳实验条件下(即激光器能量90 mJ、 聚焦位置121 mm、 采集延时1 000 ns), 对12种含有重金属Cr元素的土壤样品进行了光谱检测, 为减弱外界环境的干扰, 对同一样品的10个激光烧蚀位置得到的光谱做平均值预处理, 选择Cr(Ⅰ)357.86 nm, Cr(Ⅰ)425.44 nm, Cr(Ⅰ)427.49 nm为特征谱线, 通过建立样品掺杂浓度和光谱强度的定标曲线, 得到了三条谱线的检测限LOD分别为74.62, 64.07和67.49 mg·kg-1, 拟合优度值R2分别为0.98, 0.97和0.99, 均方根误差值RMSE分别为0.41, 0.33和0.35。 同时, 引入偏最小二乘法及支持向量机算法进一步提高了定标模型精度。 研究表明, 通过对实验参数进行优化及改善LIBS技术对微量元素的定量探测参数, 得到了最优的光谱强度和信背比, 并通过对Cr元素进行定量分析, 计算定标曲线的Lorenz拟合得到检测限、 拟合优度和均方根误差等实验参数, 提高了LIBS对土壤中重金属元素的检测精度, 这对于利用LIBS技术检测微量重金属元素具有重要的参考意义。

人参作为东北地区重要的经济作物, 是著名的“东北三宝”之一。 随着社会经济的快速发展, 人们对于养生保健产品的重视度和需求量也随之提高。 目前, 市场所售人参存在农残超标、 品质较差和种类混乱的现象, 而且含有重金属元素的人参对于食用者会造成极大的危害。 传统人参识别方法主要是根据人参基源、 性状、 显微和理化特性对人参进行生药研究, 但是这些方法存在人为因素影响、 繁琐复杂的样品预处理和二次污染的问题, 不能实现可靠快速检测。 基于激光诱导击穿光谱技术（LIBS）结合主成分分析法（PCA）对人参产地和人参部位进行聚类分析, 以及对人参重金属元素进行定量分析。 采集吉林省5个产地6种人参的LIBS光谱数据（200~975 nm）, 通过对光谱进行平均值预处理, 利用PCA算法对光谱数据进行降维、 聚类分析, 实现人参产地快速聚类识别、 同一产地的园参与林下参的聚类识别以及同一株人参的不同部位聚类识别。 实验结果发现, 由于同株人参不同部位的元素含量区别不大, 造成人参主干和参须部位聚类效果不佳, 对于6种人参可实现较好的分类效果。 最后对人参样品中重金属元素Pb和Cr进行了定量分析, 计算得到人参中Pb和Cr元素的检测限（LOD）分别为9.55和10.86 mg·kg-1, 去一交互均方根误差（RMSECV）分别为0.011和0.023 Wt.%。 结果表明LIBS结合PCA算法对于人参分类和重金属检测具有较好的应用前景。

以2-氨基苯并咪唑和7-羟基香豆素为基本原料制备了Mg2+荧光探针, 采用核磁共振谱与质谱等手段对产物的构成进行了详尽的表征。然后通过荧光发射光谱的测试分析, 了解了探针的各项性能。结果显示,在MeOH∶H2O=1∶1(V∶V) 混合溶液中探针对Mg2+具有良好的选择性而不受其他金属离子(Ca2+、Na+、Li+、K+、Cu2+、Fe3+、Zn2+、Ni2+、Mn2+、Ba2+、Cd2+、Cr3+、Ag+、Al3+、Hg2+、Co2+、Pb2+)的干扰。探针对Mg2+具有可逆性, 其检测限为7.3×10-8 mol/L。通过对探针的性能研究可知该探针能够完成对Mg2+的检测, 在生命医学、环境科学及分析化学等领域具有潜在的应用价值。

为了研究Na元素在水中的检测灵敏度, 采用激光诱导击穿光谱检测NaCl溶液中的Na元素。 选择NaⅠ589.0 nm和NaⅠ589.6 nm作为分析谱线, 利用配置的六种浓度的NaCl溶液, 采用外标法、 内标法以及小波变换降噪法, 给出了NaCl溶液中Na元素的定标曲线。 发现通过内标法获得的定标曲线的线性相关系数r达到0.998, 优于外标法（r=0.985）, 并且优于小波降噪后外标法（r=0.986）。 相对外标法而言, 小波变换降噪法有效降低了LIBS光谱中的连续背景光谱噪声, 使LIBS的RSD从5.68%降至1.61%, 从而使LOD值从50.8 μg·mL-1降至19.54 μg·mL-1, 内标法选择NaⅠ589.0 nm和NaⅠ589.6 nm钠原子谱线与内标参考谱线HⅠ656.2 nm氢原子谱线强度比值能有效的克服实验条件波动带来的影响, 因此, 内标法给出的NaCl溶液中Na元素的定标曲线的线性相关系数最大。 而对于小波变换降噪处理方法, 能够有效的降低LIBS光谱的连续背景带来的噪声, 但不能克服实验条件波动对LIBS光谱信息的影响, 因此小波变化降噪方法能够提高LIBS的RSD, 但对降噪处理后的外标法给出的定标曲线的线性相关系数的提高影响不大。 说明内标法有效的提高了检测灵敏度, 减弱了实验条件波动带来的影响, 定标曲线具有更好的线性相关性。 而小波变换降噪处理后有效降低了LIBS光谱中的连续背景光谱噪声, 实现LIBS检测限变低。 谱线NaⅠ589.0 nm为分析谱线得到的RSD和LOD值小于以谱线NaⅠ589.6 nm为分析谱线的结果, NaⅠ589.0 nm和NaⅠ589.6 nm这两谱线的上能级分别为2.104和2.102 eV, 发现分析谱线的上能级对NaCl溶液中的Na元素的RSD和LOD值有影响, 存在上能级大, 而RSD和LOD值较小的现象。 研究结果表明, LIBS技术可以实现溶液中元素的原位实时检测, 并在水污染检测方面受到广泛关注。

采用两台波长1064 nm的调Q脉冲Nd∶YAG激光器和多通道小型光纤光栅光谱仪，建立了一套共线双脉冲激光诱导击穿光谱分析装置。与单脉冲激光诱导技术相比，在最佳双脉冲时间延时8 μs时，Mn I 403.07 nm 和 Cr I 425.43 nm 的光谱强度分别增加了14.3倍和17.2倍，以这两条谱线为分析线，铝合金中 Mn 和 Cr的检测限分别由单脉冲时的73和94.5 μg/g降低至双脉冲时的3.76和4.26 μg/g，检测灵敏度提高了约20倍。