防晒霜作为常见半流体物质，利用激光诱导击穿光谱（LIBS）技术直接烧蚀并检测很难得到较好的效果，为此采用薄膜制样的方法对防晒霜样品进行预处理。探讨了薄膜厚度和基底材料种类对光谱信号的影响，确定了LIBS检测的最优实验条件。在最优条件下检测，经线性拟合计算得到Cd元素的检测限为2.17 μg·g^-1，此检测限已达到了国家规范要求。实验结果证明了LIBS技术可用于防晒霜中重金属元素定量分析，这为化妆品中重金属元素检测提供了依据。

光声成像和激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是近些年在成像领域发展非常迅速的两种技术, 在医学影像学方面有着巨大的潜力。当激光照射到组织时, 组织表面会同时产生光声信号和等离子体, 光声信号携带着生物组织内光吸收的特征信息, 等离子体特征光谱也可以示踪组织内的元素信息。本文总结了两种技术的研究背景和成像原理, 然后, 通过对光声成像和LIBS成像模式进行分析, 进一步展现了两种技术结合的可能性, 并介绍了它们在病理切片成像和组织金属元素示踪等领域的应用。最后, 我们对两种技术结合的双模态成像系统进行了深入的探讨和展望, 以期其在医学诊断和图像领域发挥重要作用。

利用激光诱导击穿光谱技术(LIBS)结合广义回归神经网络(GRNN)算法对不同类别的日用陶瓷进行了分类识别。首先采集了不同产地的日用陶瓷样品的LIBS光谱数据，再筛选出陶瓷坯体主要元素的特征谱线，建立了GRNN分类模型。结果显示，对LIBS光谱进行有效数据的提取能够大大增加建模效率，平均建模时间从改进前的16.31 s缩短至0.36 s。为了优化分类模型的性能，对光谱数据进行了归一化处理，再利用马氏距离筛除了异常光谱，结合主成分分析(PCA)进行了数据降维，在保证模型效率的情况下，测试集单次预测正确率可以达到100%，平均预测正确率为99.74%。实验结果表明，LIBS技术结合GRNN分类算法能够实现日用陶瓷的有效分类。

搭建了等离子体光栅诱导击穿光谱(plasma-grating-induced breakdown spectroscopy, GIBS)系统对土壤样品进行分析，并与光丝诱导击穿光谱(filament-induced breakdown spectroscopy, FIBS)系统进行对比，成功得到2倍左右的谱线信号增强，该谱线信号增强与脉冲间的延时密切相关。此外，通过研究不同激光能量下样品空间位置改变对谱线信号的影响，证明了GIBS系统样品最优激发位置范围虽然相比于FIBS系统有所减小，但是其不会像FIBS系统一样随激光能量的改变而改变。对土壤中重金属元素Cr进行了定量研究，发现FIBS与GIBS系统都能够建立线性的定标曲线，其中FIBS系统的检出限为55.09×10^－6, 而GIBS系统的检出限为29.96×10^－6，表明GIBS技术具有更高的探测灵敏度。

搭建了用于宣纸成分分析的激光诱导击穿光谱 (LIBS) 实验装置, 获得了宣纸及普通书画纸的 LIBS 谱线。结合 NIST 数据库分析了样品中的金属元素成分, 并完成光谱标定。光谱特征分析表明: 所有样品都含有 Ca 元素, 但普通书画纸 Ca 元素特征峰数量偏少且强度偏低, 极易区别; 其他宣纸样品, Ca 元素在不同波段的光谱强度存在显著差异。根据 5 种样品纸 Ca 元素的光谱强度分布规律将光谱分成 3 个区段进行分析, 提出了依据 Ca 元素的 3 个波段相对强度的三维区分图法, 通过测试品元素光谱强度的实际落点与三维图中实验落点的比照, 可快速、准确地实现宣纸的鉴别和分类。

古气候学是研究地球的过往气候的一门学科, 可以预测未来气候变化, 解决有关环境、资源等问题。基于激光诱导击穿光谱的元素成像技术可以快速、准确、原位分析复杂多样的大面积古气候样本, 获得能够与气候建立联系的元素信息, 在气候变化研究中展现出很好的应用前景。首先介绍了基于激光诱导击穿光谱的元素成像技术的基本原理, 其次回顾了目前常用的成像系统的仪器配置, 包括激光光源、聚焦系统和光谱探测系统等, 最后介绍了国内外基于激光诱导击穿光谱元素成像技术分析古气候代理物的典型案例。该研究对基于激光诱导击穿光谱的元素成像技术在古气候研究中的应用有很好的指导作用。

油茶产业具有良好的经济和生态效益, 深受国家重视。 目前, 炭疽病侵害油茶树日益加重, 严重地降低了产量, 导致油茶产业的效益直接受损。 所以找到一种快速、 准确、 方便的油茶炭疽病检测方法是非常必要的。 激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种低成本、 微损伤、 无残留的技术, 能够对多种成分快速实时检测。 采用LIBS结合化学计量学方法对油茶炭疽病的定性检测方法进行研究。 实验样品采摘于油茶种植区, 分别采集了100片健康油茶叶片和100片感染炭疽病的油茶叶片。 将采集的叶片进行微处理, 即首先进行反复冲洗去除叶片表面污渍, 然后进行分类、 装袋和标号, 最后进行LIBS光谱采集实验。 实验设备为海洋光学的MX2500+, LIBS实验参数设置为激光能量50 mJ, 最优延迟时间2 μs, 每个叶片采集6条光谱数据, 并求其平均。 在油茶叶片LIBS光谱的波长251.432 nm处观察到Si的特征峰、 分别在252.285, 259.837和385.991 nm处观察到Fe的特征峰、 分别在260.568, 279.482和280.108 nm处观察到Mn的特征峰。 实验结果: 油茶叶片中的微量元素Si, Fe, Mn的LIBS信号与油茶叶片的健康程度有直接关系, 健康油茶叶片中Si, Fe和Mn的特征峰强度明显高于感染炭疽病的油茶叶片中Si, Fe和Mn的特征峰强度; 此外, 利用LIBS技术结合MSC光谱预处理和PCA分类法, 对油茶叶片的健康和感染炭疽病的两个状态进行分类处理。 PC1, PC2和PC3的贡献率分别为80%, 12%和6%, 建立三维模型分类, 可以清晰地将油茶叶片的两种状态区分出来。 同时, 还利用PLS-DA建立模型, 模型的识别率高达90%以上, 可以对油茶叶片两种类别进行较好的分类。 以上两种化学计量方法都可以区分油茶叶片的健康和染病两种状态。 研究表明了利用LIBS技术检测油茶炭疽病是可行的。 可以利用LIBS技术对油茶叶片的微量元素和营养元素进行定量检测, 为定量检测提供了参考。 提出了一种快速检测油茶炭疽病的新方法。

激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种元素快速分析手段, 具有无需样品预处理、 实时在线、 非接触、 多元素同时探测等诸多优点, 已在多个领域获得应用。 搭建了一套可实现环形扫描探测的LIBS光谱探测系统, 通过探测结果获得元素分布情况, 进而实现元素高浓度区域反演, 为环境异常情况监测、 污染源追踪甚至矿藏勘察提供一种有效的快速实时分析方法。 该系统运行过程中不需要整体移动, 只通过旋转部分光学器件即可完成360°全方位的快速扫描与探测, 进而以所采集到的光谱强度获知不同扫描角度下的元素分布情况, 用于反演元素高浓度区域的具体方位, 达到源头位置判定的目的。 为验证所提出的LIBS环形扫描设想, 评估所搭建系统的探测能力, 实验中以海水为探测样品制备富含K, Ca, Na和Mg的喷雾模拟污染源喷发情况, 通过标志性元素Na的LIBS光谱强度增长作为目标寻源的主要依据, 以每10°为间隔对360°范围内的元素情况进行了扫描探测。 实验结果显示该系统能够较为准确地反演出目标源头的具体方位, 但需要进行必要的探测结果校正。 校正过程具体包括“信号浮动校正”和“探测效率校正”两个方面, 前者用于降低LIBS探测过程中信号的不稳定性, 主要通过选用内标元素进行信号波动的校正; 后者则是减小探测过程中安装调试误差, 以环境中均匀分布元素的探测结果完成各扫描位置的光谱采集效率修正。 经过校正后的环形扫描数据显示, 搭建的系统不仅在大扫描半径(250, 300 mm)下能够准确获得“喷发源”位置外, 还能够在离喷发位置较远、 短扫描半径下(100 mm)明确元素高浓度区域的具体方位。 因此, 提出的这种适用于LIBS技术的环形扫描探测的硬件结构, 实验验证了该结构能够实现近似“雷达”的扫描分析, 通过元素光谱信号强度反馈用以实现目标具体方位的判断, 进而达到目标寻源的分析目的。