面向天然页岩与砂岩矿物元素组分快速定量分析的检测需求，笔者搭建了具有自动化分析功能的显微分析激光诱导击穿光谱系统，并采用该系统对油气页岩与砂岩天然岩石样本进行了快速检测。分析了砂岩与页岩光谱的不确定度差异，形成了流程化的包括光谱数据提取、筛选、校正、归一化的预处理方法，有效降低了单一样本与样本间光谱不确定度。基于偏最小二乘回归，形成了模型输入参数优化流程，避免了模型过拟合与欠拟合，提高了定量预测准确度。对岩石中的Si、Ca、Fe、Al、Mg等元素进行了定量分析，多数样本的平均预测均方根误差小于1%。本研究为天然岩石的矿物组分分析与岩性识别提供了技术支持。

针对核工业辐照环境下铀等元素组分远程测量的需求，基于光纤式激光诱导击穿光谱系统，研究了铀矿石样品中铀元素谱线强度的影响因素及其定量测量方法。在实验中，采用光纤传输30 mJ脉冲激光并将其聚焦在铀矿石粉末压片上产生激光诱导等离子体，然后通过同轴光纤回传等离子体自发光。首先，研究了气氛环境对铀元素谱线的影响。结果显示：氦气气氛下铀质量分数为0.425%的样本的U II 409.013 nm谱线的信噪比相比空气气氛下提高了1.37倍，同时，氦气气氛下铀质量分数为0.0726%的样本的U II 409.013 nm谱线的信噪比达到了8.9。其次，根据谱线信噪比、信背比和净强度将系统的探测延时优化至1000 ns。最后，提出了一种基于内标法原理的多元线性定标方法，通过引入基质元素与铀的谱线比值进行回归，使得铀的检测限达到142 mg/kg，定量限达到426 mg/kg。与基于谱线峰值的单变量回归方法相比，所提多元线性定标方法将铀元素的定标决定系数R²从0.9711提升到0.9984，均方根误差从0.200%减小到0.0404 %。本文方法和研究结果可为铀元素含量的测量提供技术支撑。

针对菲涅尔高倍聚光光伏及光热系统的镜面因暴露于自然环境，其表面积尘对系统输出特性产生较大影响这一问题，参考测试点自然积尘成分和地表情况，选取6种典型积尘颗粒，采用X射线衍射分析仪、能谱仪和扫描电镜等设备，研究其颗粒形貌、物质和元素组成；并开展菲涅耳高倍聚光光伏及光热系统实验研究，利用灰色关联度法处理实验数据，分析积尘物化性质对系统电热输出性能的影响。结果表明，积尘成分复杂，岩石类颗粒中碳酸钙、碳酸镁钙、钙钠长石含量较多，煤矸石和焦炭颗粒中包含大量的硅酸盐；各类型积尘对系统电热输出影响不同，其中镜面积尘煤矸石粉末每增加1 g/m²，系统综合性能下降15%，影响最大；积尘物质组成对系统电功率（E）影响关联度排序为ESiO2>EFe2O3>ECaCO3>ECaMg(CO3)2，对系统热功率（T）的影响大小排序为TSiO2>TCaCO3>TFe2O3>TCaMg(CO3)2；颗粒元素对系统电热输出（P）的影响相同，大小排序为PO>PAl>PCa>PMg>PFe>PSi>PC。

分析了西南印度洋超慢速扩张洋脊49.2°E-50.5°E热液区热液沉积物样品的矿物组成和元素地球化学特征, 结果显示研究区热液沉积物矿物组成以黄铁矿和黄铜矿为主, 还含有少量闪锌矿等, 而硅烟囱和残留氧化物分别主要由无定形硅和碳酸钙、 铁氢氧化物(如针铁矿)等矿物组成, 由热液沉积物到硅烟囱, 再到残留氧化物过渡过程中, 矿物组成中硫化物含量以及矿物结晶程度的降低, 指示了成矿温度逐渐降低的趋势。 同时, 通过XRF、 ICP-AES等手段对热液沉积物的主微量元素分析, 主微量地球化学特征指示海水的贡献逐步增大, 而热液对其影响逐步减小, 形成环境也逐步从热液羽状流环境向海相水成的低温氧化环境转变。 在稀土元素分析中, 热液沉积物中稀土元素总体含量较高, ∑REE(26.37～32.86)×10-6; 残留氧化物中稀土元素含量次之, ∑REE(5.58～30.43)×10-6; 硅烟囱中稀土元素含量较低∑REE(0.92～6.96)×10-6。 研究区样品均表现出轻稀土元素富集、 重稀土元素亏损的特征, δCe值变化范围为0.34～1.00, 具有Ce负异常特征; δEu值变化范围为0.87～4.24, 具有Eu正异常特征, 指示样品继承热液流体的部分地球化学特征的同时, 又受到了海水的明显影响, 稀土来源具有多样性的特征。 综合分析表明, 研究区由于受制于较弱的热液活动, 以中低温为主的成矿环境, 成矿流体主要起源于海水, 因此成矿过程受海水混合作用影响较大。

电铸工艺黄金饰品金含量及其杂质元素含量测定主要采用火试金法和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)法, 然而这两种方法对于该类产品金含量的测试结果存在明显差异, 尤其是无氰电铸和有氰电铸两种不同工艺制备的黄金饰品。 研究了辉光放电质谱(GDMS)技术测定金样品26种杂质元素的含量, 显示GDMS仪器相对灵敏度因子(RSF)测试的杂质元素含量总体偏高, 其中16种元素的仪器RSF与校正RSF比值为0.96～1.90, 铜和铬元素仪器RSF与校正RSF比值差距较大分别是3.01和3.91, 能够满足金制品中杂质元素的含量测定。 通过对比GDMS法和国家标准火试金法和ICP-AES法对金含量测定结果, 发现GDMS法测定无氰电铸金饰品的金含量与火试金法和ICP-AES法测试的金含量结果相当; 而对于有氰电铸工艺制备的金饰品, GDMS法测定的金含量结果与火试金法测定结果一致, 却明显小于ICP-AES法测试的结果。 这表明GDMS法和火试金法适用于不同类型电铸工艺金饰品金含量的准确测定, 而ICP-AES法仅适用于无氰工艺电铸金饰品金含量的测定。 此外, 相比于现行国家标准ICP-AES法, GDMS法能够测试碳和氮元素。 研究发现采用GDMS测试有氰电铸工艺金饰品中碳、 氮、 钠、 钾元素的含量明显高于无氰电铸工艺金饰品, 进而能够推断黄金饰品的电铸工艺类型是否为有(无)氰工艺。

冬虫夏草卓越而神秘的补益效果一直为人们所关注, 尤其是它药食两用的药学价值和总砷超标引发了人们对冬虫夏草的诸多质疑。 分析冬虫夏草所含人体必须微量元素的水平, 对具有潜在毒性微量元素开展安全评价就显得非常必要。 依据原子发射光谱、 原子吸收光谱和原子荧光光谱对目标分析元素的适用性、 灵敏度、 精密度、 线性范围及抗常量元素强谱干扰能力选择较优分析方案, 选择基质干扰最小化的微波辅助消解程序, ICP-OES光谱仪分析Fe、 Zn、 Mn、 Cu、 Sr 五种元素含量, 石墨炉原子吸收法分析Pb元素含量, 原子荧光光谱法分析Se和As的含量。 分析研究了15个产地冬虫夏草中Fe、 Zn、 Mn、 Se、 Cu、 Sr、 As、 Pb等8种观测微量元素的平均含量。 结果表明: 与补肾药淫羊藿相比, 冬虫夏草中所含Mn、 Fe、 Zn、 Se均在较高水平, Cu和Sr含量在一般水平。 Pb的平均含量在药典限量以内, As的平均含量超出了药典限量。 Fe的平均含量在1 770.5 μg·g-1, Zn的平均含量在106.2 μg·g-1, Mn的平均含量在60.4 μg·g-1, Se的平均含量在0.055 μg·g-1, Cu的平均含量在17.4 μg·g-1, Sr的平均含量在4.4 μg·g-1, As的平均含量在11.42 μg·g-1, Pb的平均含量在2.33 μg·g-1。 玛沁冬虫夏草中的Mn和Fe含量最高, 分别达到了84.1和3 089.8 μg·g-1。 青海祁连冬虫夏草的Zn含量最高, 达到了163.0 μg·g-1。 治多冬虫夏草中的Se含量达到了0.083 μg·g-1。 冬虫夏草中Fe、 Mn、 As、 Zn的平均含量呈现显著的地区差异。

费昂斯是由石英、 碱性助熔剂、 着色剂构成的表面釉层尚未达到非晶态的类玻璃制品, 五千年前在西亚地区出现, 是最早的人工材料制品之一, 常加工成珠饰的形式。 费昂斯珠经由草原丝绸之路传入中原地区后, 在两周时期大放异彩, 见证了我国古人学习费昂斯制造技术并自主改进的历程。 采用常规宝石学测试、 显微成像、 傅里叶红外光谱、 激光拉曼光谱、 扫描电镜-EDS能谱以及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪多种方法对战国时期湖北随县曾侯乙墓、 湖北荆州熊家冢墓地出土费昂斯珠样品的谱学特征、 成分特征和制造工艺进行了测试研究。 测试结果显示曾侯乙墓出土费昂斯珠呈褐黄色, 较熊家冢墓地出土蓝绿色费昂斯珠有较大外观差异; 显微成像可见费昂斯珠表面釉层与胎体界限、 气孔及碎裂情况, 熊家冢墓地出土费昂斯珠在端口处可见小部分明显的非晶态釉层; 傅里叶红外光谱测试、 激光拉曼光谱测试显示两处出土费昂斯珠均含大量石英; 激光拉曼光谱测试熊家冢墓地费昂斯珠的蓝色釉层, 结果为一个复合谱图, 128、 207、 362、 468、 692、 797和1 188 cm-1处为石英的特征峰位, 979 cm-1为磷酸钙的特征峰, 磷酸钙的形成可能是因釉料中添加草木灰之类的植物灰料, 590和1 066 cm-1处的峰与CuSiO3·H2O有关, 3 346和3 435 cm-1为水的峰; 扫描电镜-EDS能谱以及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪测试结果显示二者具体成分差别较大, 曾侯乙墓出土费昂斯珠制作原料石英砂含杂质多, 较高含量的硫元素是其显著的不同点, 指示釉层可能使用了铜的硫化物; 而熊家冢墓地出土费昂斯珠原料纯净, 主体由大量石英砂构成, 表面有白色石英风化浸蚀层。 两处墓地时期相近, 所处国别不同, 对比其制作原料和工艺技术, 推测两个墓葬出土费昂斯珠不属同源体系, 且熊家冢墓地所代表的楚国工艺技术更成熟, 因此在战国时期我国应存在多个费昂斯生产中心。

硬水铝石是珠宝市场上流行的彩色宝石, 因其具有独特的变色效应（日光下呈现棕黄绿色, 白炽灯下呈现紫红色）而被广大消费者欢迎。 研究硬水铝石的变色成因对于宝石的切割加工、 优化处理以及价值评估有着重要意义。 目前硬水铝石的变色成因研究较少, 考虑到硬水铝石的化学成分和晶体结构与刚玉类似, 刚玉的颜色成因理论研究较为成熟, 因此, 为研究硬水铝石的变色成因, 本文选取与硬水铝石变色效应非常相近的变色刚玉, 从二者的微量元素、 紫外-可见光光谱与晶体结构等方面进行对比研究。 运用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪测试了样品的微量元素, 根据测试结果, 硬水铝石样品中致色元素主要有Fe、 Cr、 V、 Ti, 刚玉样品中致色元素主要有Mg、 Ti、 Fe、 V、 Cr, 二者的微量元素种类相似, 但含量有差异。 运用紫外-可见光光谱与偏振紫外-可见光光谱表征了变色硬水铝石与变色刚玉在可见光区的吸收特征, 发现硬水铝石中存在位于387、 398、 438和448 nm处的吸收峰以及中心位于572 nm左右的宽缓吸收带, 正是这一宽缓吸收带导致了变色效应, 与之对应的, 变色刚玉中存在位于377、 388和450 nm处的吸收峰以及中心位于560 nm左右的宽缓吸收带。 二者在可见光区的吸收特征非常类似。 有差异的是, 变色刚玉的560 nm吸收带不存在明显的偏振性, 而硬水铝石的572 nm吸收带存在偏振性, 晶体中电荷转移导致的吸收特征往往具有偏振性。 通过二者晶体结构的对比分析与刚玉中的电荷补偿理论分析, 推测硬水铝石中398 nm吸收峰由Fe3+导致, 387、 438和448 nm吸收峰由Fe3+-Fe3+离子对导致, 572 nm处的宽缓吸收由Cr、 V、 Fe2+-Ti4+离子对产生。 硬水铝石的变色效应是在Cr、 V、 Fe2+-Ti4+离子对的综合作用下产生的。 本研究通过类比变色效应相近的刚玉, 研究了硬水铝石的变色成因, 为研究宝石中的类似问题提供了新思路。