相比于复杂的富集程序, 饮用水中由于金属元素含量甚微, 急需一种快速, 简单和可靠的检测方法。 全反射X射线荧光光谱法(TXRF)是一种方便快捷、 定量简单的微量多元素同步分析方法, 该方法所需要的样品少, 测量时间短, 无需预处理可实现对样品的直接分析。 以镓(Ga)为内标, 采用直接进样-TXRF法, 探究了快速测定多质量浓度梯度多元素金属溶液的可行性, 并将该方法应用于低矿物质饮用水中进行微量元素分析。 实验结果表明, TXRF能直接提取溶液中的Al、 K、 Ca、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Sr进行同步测量, 但是多次试验发现, Al、 K、 Ca作为轻质元素由于回收率明显偏离标准值, 难以实现准确定量, 究其原因是基体效应较大或元素的灵敏度较低, 而其他元素均满足定量要求。 通过对不同浓度梯度的标准样品进行测量, 发现当金属元素浓度分别处于40 mg·L-1、 4 mg·L-1、 0.4 mg·L-1、 40 μg·L-1水平时, Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Sr元素均呈现出很好的准确度和精密度, 回收率(RR)稳定在80%～112%, 相对标准偏差(RSD)处于3.6%～10.5%, 检出限(DL)处于0.001～0.07 mg·L-1。 随着浓度梯度的逐渐下降, 各元素的准确度和精密度开始表现出不同程度的下降, 当质量浓度处于本文试验最低水平4 μg·L-1时, 大部分元素(Mn除外)的回收率和RSD均明显偏离标准值。 还利用直接进样-TXRF法, 在低、 中、 高三个不同加标水平下对饮用矿物质水进行加标回收试验, 结果表明, 样本中Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Sr元素含量基本处于几十个μg·L-1水平, 平均加标回收率在90%～110%之间, 平均RSD小于12%, 满足微量测定要求。 综上所述, 多元素测试结果表明, TXRF在对元素的选择上更适宜原子序数(Z>20)的中等重元素, 对于组分含量在十几个μg·L-1以上的水质样品, 无需经过复杂预处理, 可直接实现快速准确定量分析, 对于环境中的超痕量样品需要使用预浓缩技术以提高测量准确率。

不锈钢粉尘中所富含的过渡金属元素，如Fe、Cr、Ni和Mn，可用于制备黑色陶瓷颜料，从而实现不锈钢粉尘的无害化、资源化利用，并可为无钴黑色陶瓷颜料的开发提供新途径。根据Fe-Cr-Ni-Mn系黑色颜料的呈色机理，在不锈钢粉尘中添加适量化学试剂Fe2O3、Cr2O3、MnO和NiO，调节上述组分在混合物料中摩尔比为6:1:1:1。研究了不同工艺条件下所烧制黑色陶瓷颜料色度值的变化规律，并对颜料的呈色机理进行探讨。结果表明：烧制温度过高或保温时间过长都将导致含Cr尖晶石相分解，从而对颜料的呈色性能造成不利影响；颜料最佳烧制工艺为烧制温度1 175 ℃、保温30 min、采用随炉冷却方式，所制备颜料的L*值、a*值和b*值分别为37.20、0.13与0.02，其所含主要物相为Fe2O3与复合尖晶石相；颜料对可见光各波段的吸光度基本一致，禁带宽度为0.88 eV，呈纯正黑色，同时颜料颗粒细小、粒径分布均匀、分散性好，尖晶石相平均晶粒尺寸为26.795 nm，且颜料在20～1 100 ℃范围内显示出优异的热稳定性；将颜料应用于制备的陶瓷呈色效果良好，上述结果表明，所制备黑色陶瓷颜料具备优异的着色能力和应用潜力。

为提高激光诱导击穿光谱技术 (LIBS) 对水中重金属元素含量的检测精确度, 将 LIBS 技术分别与单变量定标 (SVCC) 和偏最小二乘法 (PLS) 分析方法相结合, 对 Cr、Mn、Ca 混合水溶液中的金属元素进行了定量分析。利用 PLS-LIBS 技术研究了样品中共存元素对分析元素的影响, 研究结果表明分析元素的检测精确度受共存元素的影响较大, 将共存元素与分析元素的分析线强度同时作为 PLS 模型的输入变量, 得到的分析元素浓度总预测相对误差明显减小。利用 SVCC-LIBS 方法检测 Cr、Mn、Ca 元素的浓度总预测相对误差分别为 14.3%、8.46%、6.35%, 而利用 PLS-LIBS 方法各相对误差分别改善至 2.30%、0.74%、0.03%, 其中 Mn 元素的浓度预测相关曲线线性度 R2 由 SVCC-LIBS 方法的 0.985 改善至 0.999, 表明 PLS-LIBS 技术能有效提高混合水溶液中微量金属元素的检测精确度。

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。

溶液阴极辉光放电发射光谱法易受水体样品中的基体效应影响, 而且对于实际水体样品组份相对复杂, 含有多种元素, 受基体效应干扰更加明显, 导致金属元素浓度预测精度降低。 为了减少溶液阴极辉光放电发射光谱法中水体样品基体效应的影响, 常常利用定量分析方法对金属元素进行分析。 这些定量分析方法中, 标准加入法尤其适合于待测物质基体效应较为显著或者含有干扰物质等情况, 然而标准加入法容易受到背景信号的干扰, 使测量结果产生误差, 因此在进行标准加入法之前需要消除光谱数据的背景干扰。 最简单的谱线干扰消除法是离峰校正法, 此法扣除线峰左右两侧的背景强度值, 以达到消除背景干扰的目的； 小波变换法同样也适用于消除背景干扰, 并且具备普适性, 利用此法对小波进行多尺度分层, 而后对小波低频系数进行处理, 获得校正后的数据。 在独立开发的溶液阴极辉光放电发射光谱系统上, 利用基于标准加入法的离峰校正法和小波变换法对水溶液样品中Ca和Mg含量进行预测。 实验结果比较发现, 基于传统的标准加入法, 测得5, 10和20 mg·L-1浓度的Ca样品的相对误差分别为157.0％, 105.1％和47.0％, Mg的相对误差分别为20.1％, 3.1％和2.8％。 然而, 结合标准加入法和离峰校正法后, Ca的相对误差分别降低至15.4％, -8.8％和3.3％, Mg的相对误差分别降低至14.5％, 0.1％和0.8％。 采用小波变换算法消除背景干扰后的标准加入法, Ca元素的相对误差分别降至13.2％, -7.6％和-1.4％, Mg的相对误差分别降至13.4％, -0.4％和0.5％。 结果表明, 离峰校正法和小波变换法结合标准加入法测量Ca和Mg的准确度显着提高, 两种方法能有效地消除背景干扰, 降低基体效应, 使预测精度升高。 其中, 小波变换法结合标准加入法可用于多种类型的背景校正场合, 无需选择合适的背景校正点, 而且预测精度更高, 相比离峰校正法具有一定的优势。

岩石物性参数、 元素含量和光谱特征三者之间的相互关系并非独立存在, 研究三者之间的相互关系, 对于探索通过遥感信息进行岩石矿物成分、 物性参数的定量反演方法奠定基础。 采集了兴城地区590块岩样本, 分析其物性参数（密度、 介电常数、 电阻率、 磁化率）、 金属成分含量（Fe, Ti, V, Mn, Zr, Co, Zn, Nb, Bi, Pb）以及岩石光谱之间的关系。 将各物化参数与原始光谱、 光谱吸收深度、 光谱小波包分解后的高低频做相关性分析, 找出各物化参数影响光谱吸收和反射的特征波段, 探究关系密切的参数。 该研究为岩石岩性分类、 某种金属元素和物理特性的反演以及用某种参数来预测关系密切的参数奠定了基础, 取得如下结论: （1）获得了火成岩中Fe, Ti, Mn, V, Zn, Bi和Pb等元素的特征谱带, 其中Fe元素含量更高, 与光谱的相关性更显著。 在04和054 μm波段附近存在Fe的特征反射波段, 10~15 μm波段范围内存在Fe元素的特征吸收波段; 在04~055和06~065 μm波段范围内, Ti元素与光谱的相关性更显著, 在228 μm波段附近存在Ti的特征吸收波段; 在041 μm波段附近存在Mn的特征反射波段; 火成岩、 沉积岩V元素与光谱相关性差异性较大, 在076, 081, 089, 095 μm波段附近可能存在火成岩的特征吸收波段和沉积岩的特征反射波段; 沉积岩的Zn元素含量与光谱的相关性比火成岩要显著, 在041, 136, 159 μm波段附近可能存在火成岩Zn的特征反射波段, 在234 μm波段附近可能存在沉积岩Zn的特征波段; 214 μm波段附近, Bi元素对沉积岩光谱的吸收有一定的作用; Pb的特征谱带可能存在于045, 054, 229 μm附近; （2）在岩石各物理特性和光谱的关系研究中, 在057~085 μm波段范围内, 密度对光谱有很好的吸收反射特征, 在053 μm波段附近, 磁化率使光谱有较强的反射, 在108 μm波段附近, 磁化率使光谱产生较强的吸收; 电阻率和光谱的相关关系与密度和光谱的相关关系极为相似; （3）在岩石各物性参数间的关系中发现, 密度和电阻率呈显著正相关的关系; （4）在岩石各物性参数与金属元素的关系中研究发现, 密度与各金属元素相关性较弱; 磁化率与Fe和Ti元素呈显著的正相关关系; 电阻率与各金属元素间的相关关系较弱; 介电常数与各金属元素含量呈正相关关系, 其中与V, Zn, Bi元素的相关关系最显著; （5）在金属元素间, Fe与Ti有较显著的正相关关系, Ti与Fe, V元素间有较强的正相关关系, Zn和Pb存在较强的正相关。

钻井液具有携带岩屑、平衡压力等重大作用,为调整其性能,需要对其中的离子进行连续探测。利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对钻井液中的金属元素进行了初步研究,对钻井液中存在的Ca、Na、Mg、K元素进行了LIBS分析,获得了这4种元素的最佳探测条件。结果表明:Ca元素的采集延时为400 ns,采集门宽为1000 ns;Na元素的采集延时为500 ns,采集门宽为1500 ns;Mg元素的采集延时为500 ns,采集门宽为1500 ns;K元素的采集延时为500 ns,采集门宽为1000 ns。这说明采用LIBS技术探测钻井液中的金属元素是可行的。实验光路的搭建、实验参数的确定以及其他影响因素的讨论,都会为将来LIBS技术在钻井液分析中的应用提供有价值的参考。

为定量分析水泥中的铜(Cu)元素, 根据激光诱导击穿光谱分析方法(LlBS)的特点, 建立了激光诱导击穿光谱分析系统。采用标准加入法为定标方法, 制备了5个不同含铜量的水泥样品。根据LIBS谱图, 以213.598 nm和219.958 nm作为分析线。 应用Savitzky-Golary卷积平滑方法对光谱数据进行了预处理, 比较了Guass、Lorentz和Voigt拟合方法对光谱曲线的拟合效果。对测量结果采用一元线性拟合建立了相应的定标曲线, 213.598 nm和219.958 nm定标曲线的校正决定系数分别为0.994 8和0.986 4, 平均相对误差分别为3.20%和5.78%。实验结果表明: 213.598 nm作为分析线的准确度优于219.958 nm分析线, 该方法能够满足水泥中Cu元素定量分析的要求。

液体阴极辉光放电-原子发射光谱是近些年兴起的一种水体金属元素检测技术。 该技术具有开放大气环境工作, 进样简便, 体积小, 运行费用低, 可同时检测多种金属元素等显著特征。 根据之前的研究工作可知, 金属元素的浓度不仅与自身的某一条谱线强度有关, 而且还与自身其他的谱线或者基体中其他元素的谱线强度有关。 为提高该技术的检测能力和精度, 降低实验过程中基体效应的影响, 以及更加充分地利用光谱信息, 采用多元线性回归法对光谱信息进行定量分析。 选取Pb Ⅰ 368. 35 nm和Pb Ⅰ 405.78 nm两条特征谱线, 建立Pb元素浓度与这两条光谱线强度的二元线性回归方程; 相比于标准曲线法, Pb元素的拟合度R2从0.986 5提高到0.998 7, 两组Pb测试液的相对误差从34.00%和29.00%降低到14.20%和1.51%。 为降低复杂成分中基体效应的影响, 建立Na的浓度与Na Ⅰ 589.38 nm, Zn Ⅰ 213.8 nm, PbⅠ405.78 nm和Hβ四条特征谱线强度的四元线性回归方程; 拟合度R2从标准曲线法的0.955 8提高到0.995 6, 两组Na测试液的相对误差从11.67%和14.71%降低到2.33%和3.57%。 以上结果表明: 相比于标准曲线法, 多元线性回归法可以降低实验过程中基体效应的影响, 并且能更加充分地利用光谱信息, 能提高拟合度R2, 以及降低测量的误差, 从而提高液体阴极辉光放电-原子发射光谱定量分析金属元素的精度。

测试了采集自黑龙江省塔河地区的300块并进行抛光处理后的岩石样本350～2 500 nm间光谱反射率、 磁化率、 密度 、 孔隙率和金属元素含量(Fe, Mn, Ti, Zr, V, Zn, Pb, Nb, Co, Bi), 并计算了其光谱吸收深度。 在此基础上, 以相关性分析方法为依据, 探讨了所采集岩石样本的金属元素含量、 物性参数、 反射光谱间的特征响应关系, 计算了岩石样本金属元素和光谱吸收深度间的相关性系数、 物性参数与光谱反射率的相关性系数, 获得成果如下: (1)在410 nm附近, 闪长玢岩各金属元素与吸收深度间的相关系数都存在尖锐的波峰和波谷, 相关系数达到极值。 (2)岩石样本金属元素和吸收深度的相关性研究中, 侵入岩的相关系数则显著高于其他岩石类型。 (3)1 400 nm附近, 岩石样本金属元素与吸收深度、 各物性参数与光谱反射率的相关性都存在尖锐的波峰和波谷。 其中磁化率、 密度、 视孔隙率与光谱反射率的相关系数在可见光范围内波动变化较大。 (4)在1 900～2 500 nm范围内, 金属元素与光谱吸收深度、 各物性参数与光谱反射率间的相关系数波动较大, 其中金属元素和光谱吸收深度呈显著相关, 相关系数达到极值。 进一步研究了岩石金属元素和物理特性与其光谱特征的关系, 对于不同岩性的不同波段的反射率与不同金属元素间分布状态的探测, 具有一定意义。