为了促进激光诱导击穿光谱技术（LIBS）在土壤重金属元素检测中的应用，提高重金属元素检测灵敏度，研究向土壤样品中掺杂不同比例NaCl粉末对重金属Cd元素LIBS光谱增强效果，结果表明：向土壤样品中掺杂NaCl粉末可以显著提高Cd元素特征谱线强度。当NaCl掺杂质量分数为90%时，Cd元素2条特征谱线Cd 214.441 nm、Cd 228.802 nm的检测限分别从30.57 mg/kg降低至1.526 mg/kg、从28.12 mg/kg降低至2.501 mg/kg。计算等离子温度和电子密度，二者均随着NaCl掺杂质量分数的增加而逐渐升高，掺杂NaCl可以有效提高激光与土壤的耦合效率，增加土壤的烧蚀量，从而增强Cd元素光谱强度，该研究结果对LIBS在微量重金属检测中的应用具有重要的参考意义。

土壤作为多环芳烃类有机污染物的主要环境归宿，使用传统色谱和荧光光谱分析方法对残留在其中的多环芳烃进行检测常存在局限性，难以满足动态快速监测土壤污染状况的实际需求。为了实现对土壤多环芳烃的快速检测，设计搭建255 nm紫外LED诱导荧光光谱检测系统，以?、荧蒽、菲和芘4种多环芳烃为研究对象，探讨了不同土壤类型中多环芳烃的LED诱导荧光特性，验证了LED诱导荧光快速检测方法应用于土壤多环芳烃污染物检测的可行性。实验结果表明，在一定的浓度范围内，标准黄土、高岭土中多环芳烃在特征荧光峰处的荧光强度与浓度均呈现出良好的线性相关性（R²>0.98）。在对受多环芳烃污染的实际土样进行检测时，通过建立定点波长浓度反演模型来实现对多环芳烃浓度的定量分析，测试集浓度预测的相对误差基本在理想范围内，对不同多环芳烃土样的平均相对误差最大不超过15.5%。

石油烃类污染物进入土壤后会随着时间逐步迁移到土壤深层。传统的土壤石油烃检测方法因自身的局限性，无法及时快速地检测深层土壤中的石油烃质量分数。为快速检测深层土壤中的石油烃类污染物，提出了一种基于紫外诱导荧光的石油烃原位检测技术，利用280 nm的深紫外发光二极管（LED）作为激发光源、光电倍增管（PMT）作为信号检测器完成对土壤中石油烃质量分数的探测。实验结果表明，该检测技术能够实现对不同土壤类型（红壤、黄壤、黑土和湖底淤泥土）中各类机油（汽油机油、柴油机油和空压机油）的定量检测，检测结果的平均相对误差（RE）小于10.00%，平均相对标准偏差（RSD）小于4.00%，土壤中各类石油烃的检出限均小于136 mg/kg，完成单个样本测量仅需2.0 s。

针对土壤芳香烃总量快速检测难题，研究了基于荧光成像技术的土壤芳香烃荧光信号获取、特征提取方法和质量分数总量反演的方法。基于发光二极管（LED）紫外激发光源、面阵CCD相机、透镜等器件搭建了实验系统，获得了最佳光源激发能量、激发角度等参数，并对实验系统检测能力进行了分析。利用这一实验系统获取了质量分数范围为0~25000×10-6的标准土壤中机油的系列荧光图像，基于高斯降噪处理和最大类间方差法研究了图像噪声抑制与荧光信号提取方法，建立了标准土壤中机油芳香烃总量的反演模型，并利用反演模型对待测样本的机油芳香烃总量进行了预测。结果表明：总量反演模型的决定系数（R²）达到了0.9889，检测限为82.18，对20个样品测试的误差基本在12%以内。

采用三维荧光光谱(3D-EEMs)结合主成分分析(PCA)方法, 将城市生活污水的三维荧光光谱分为芳香性蛋白类、 微生物代谢产物、 腐殖酸类和富里酸类物质四个光谱区域, 判断各区域的主成分贡献率, 求取各区域的第一主成分区域值, 建立其与水体化学需氧量(COD)和总氮(TN)关系, 研究了城市生活污水处理效果快速分析评价方法。 研究结果表明, 城市生活污水荧光物质主要由方香性蛋白类物质、 微生物代谢产物、 腐殖酸类和富里酸类物质构成, 各物质的荧光区域分布不同, 在污水处理过程中芳香性蛋白类物质和微生物代谢产物区域光谱变化明显, 腐殖酸类和富里酸类物质区域光谱变化较小； 光谱各区域第一主成分区域值与水体COD及TN之间具有良好相关性, 其中芳香性蛋白类物质光谱第一主成分区域值与COD相关系数达到97.63%, 芳香性蛋白类物质和微生物代谢产物第一主成分区域值之和与腐殖酸类和富里酸类物质第一主成分区域值之和的比值(Yp／Yf)与TN相关系数达到94.02%。 通过将水体三维荧光光谱结合主成分分析方法, 实现了对污水处理各流程的荧光光谱的信息降维提取, 避免了各物质荧光峰的重叠和光谱信息冗余； 通过水体中各物质的光谱特性将光谱分割为不同的物质区域, 求取各区域内光谱第一主成分区域值, 提高了物质识别的准确率, 有效地解决了各物质光谱信息识别问题； 通过利用芳香性蛋白类物质光谱第一主成分区域值和Yp／Yf与常规水质指标COD和TN作相关性分析, 为污水处理监测提供了一种实时有效的监测生活污水水质状况方法, 解决了污水处理流程难以实时准确监测的问题。 因此, 利用三维荧光光谱结合主成分分析方法可对城市生活污水处理过程进行快速判别, 为污水处理过程中水质监测、 工艺优化及处理效果评估提供了一种全新的快速在线监测分析方法。

水体致病菌的快速识别和检测对于水质安全预警具有重要意义。以大肠埃希菌、肺炎克雷伯氏菌、金黄色葡萄球菌和鼠伤寒沙门氏菌为研究对象,对其多波长透射光谱进行测量,提出了一种基于相似学原理、余弦相似度、皮尔逊相关系数和联合相似度算法的水体细菌种类识别方法。结果表明:不同的相似度算法对不同细菌的光谱差异性的敏感度不同,相似学原理对肺炎克雷伯氏菌的识别率最高,可达98.2%;余弦相似度和皮尔逊相关系数对金黄色葡萄球菌的识别率均为100%;联合相似度算法可实现不同算法的优势互补,有效提高识别结果的可靠性与稳定性,对低浓度肺炎克雷伯氏菌、金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌和大肠埃希菌的识别率分别为98.2%、100%、94.1%和91.4%,对较高浓度的上述4种细菌的识别率分别为100%、100%、100%和96%。