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。

为提高液相基质激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的检测灵敏度,必须优化光谱探测系统的关键实验参数。采用液体射流取样技术,以混合水溶液中Pb、Cr、Cd、Mn、Ca、Al等金属元素已选定的分析线为研究对象,以金属元素LIBS信号的信噪比最大化为优化标准,在增强型电荷耦合器件(ICCD)门宽为0.3 μs条件下,对激光脉冲能量、ICCD门延时、液体样品流速等关键系统参数进行了优化,结果分别为50 mJ、2.0 μs和40 mL/min。

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。

为了综合比较单双脉冲激光诱导击穿光谱技术(LIBS)在液体中重金属元素的检测效果, 利用自建的液相射流单-双脉冲LIBS技术装置, 对AlCl3水溶液中的Al元素LIBS特性进行测量和分析。 实验中使用两台532 nm Nd∶YAG激光器作为激发光源, 等离子体辐射信号通过光谱仪和ICCD进行采集。 实验研究了单脉冲下Al(396.15 nm)发射谱线的谱线强度随激光能量、 ICCD门延时、 门宽之间的变化关系, 获得了最优化实验参数激光能量为50 mJ, ICCD门延迟为1 200 ns, 门宽为150 ns。 在相同的实验条件下, 实验考察了Al(369.15 nm)发射谱线的谱线强度随双脉冲之间的延时, 激光总能量, ICCD门延时的变化关系, 获得了最优化实验参数为两双脉冲之间的延时为1 000 ns, 激光总能量为50 mJ, ICCD门延时为1 100 ns。 单脉冲和双脉冲条件下获得重金属Al的LIBS检测限分别为26.79和10.80 ppm, 双脉冲LIBS技术使元素检测限下降2倍多。 实验结果表明双脉冲可以提升LIBS技术的探测灵敏度, 为LIBS技术应用于水体中重金属快速检测提供了依据。

利用激光诱导击穿光谱技术对混合溶液中的Cu, Mg, Zn和Cd四种重金属元素进行实验测量, 实验中采用波长为1 064 nm, 脉宽10 ns, 重频10 Hz的激光器。 在蒸馏水中加入CuSO4, Mg(NO3)2, Zn(NO3)2和Cd(NO3)2四种溶质, 配置7种不同Cu, Mg, Zn和Cd浓度的混合溶液, 采用统计探索性数据分析方法处理LIBS实验数据, 得到水溶液中Cu, Mg, Zn和Cd元素的定标曲线, 拟合度系数R2均大于099, 计算出Cu, Mg, Zn和Cd四种元素的检测限分别为562, 471, 1367和443 ppm, 单一溶质CuSO4溶液中的Cu元素的LOD值为398 ppm。 最后对单一溶质和四种溶质的LIBS检测结果差异进行了分析。 研究结果表明激光诱导击穿光谱技术在环境水污染多种重金属元素检测方面具有潜在的应用前景。

利用激光诱导击穿光谱技术对CuSO4溶液中的Cu元素浓度进行实验测量.利用配置的七种浓度的CuSO4溶液,采用统计探索性数据分析方法给出了Cu元素定标曲线,其拟合度系数R2大于0.98,激光诱导击穿光谱的平均相对偏差值为6.9%,Cu元素的平均最小检测限为12 ppm.利用去一交互检验方法采用分析谱线Cu Ⅰ 324.75 nm和Cu Ⅰ 327.40 nm对应的七种溶液的平均测量相对误差分别为6.52%和5.86%.当Cu元素浓度在10 ppm时实验相对误差较大,其值为10.3%,而浓度达到2 000 ppm时相对误差值减小,仅为1.1%,说明LIBS技术在溶液较低元素浓度检测方面的准确度有待提高.研究结果表明激光诱导击穿光谱技术在环境水污染重金属元素检测方面具有潜在的应用前景.

利用自建的液相射流和双脉冲激光诱导击穿光谱技术(LIBS)实验装置，测定了AlCl3水溶液和混合溶液中Al元素的单脉冲和双脉冲激光诱导击穿光谱，给出了单、双脉冲下的最优LIBS实验参数，在最优化实验条件下，得到AlCl3水溶液和混合溶液中Al元素质量分数的单、双脉冲LIBS检测限分别为26.79×10-6、28.85×10-6和11.93×10-6、14.46 ×10-6，双脉冲LIBS检测灵敏度比单脉冲明显提高。

为了研究液体中重金属元素的双脉冲激光诱导击穿光谱,通过双脉 冲激光诱导击穿光谱(Double pulse laser induced breakdown spectroscopy, DP-LIBS)技术, 对竖直流动的CuSO4 水溶液样品中Cu元素激光诱导击穿光谱的特性进行测量和分析。 实验中使用两台532 nm Nd:YAG激光器作为激发光源,等离子体信号通过光栅光谱仪和CCD进行采集。实验考察了DP-LIBS积分延时、 激光脉冲间隔等参数对LIBS信号的影响。研究结果表明Cu元素双脉冲激发时的等离子体特征谱线发射强度 是单脉冲激发时特征谱线发射强度的2倍左右,信噪比约为3.3倍,当两束激光脉冲间隔2～3μs时, 谱线发射强度有最大增强,最后由定标曲线拟合结果得到Cu元素在双脉冲检测限为9.87 mg/L,比单脉 冲LIBS提高了约6倍,实验结果为双脉冲LIBS技术应用于水体中重金属快速检测提供了依据。

在液体射流条件下，研究了Ca元素的双脉冲激光的激光诱导击穿光谱(LIBS)，实验考察了积分延时、激光脉冲间隔等参数对Ca等离子体发射强度的影响。发现双脉冲激光作用时，Ca元素的等离子体发射强度明显增强，激光脉冲间隔对等离子体发射谱线强度影响很大，间隔为0.4 μs左右的双脉冲激光作用可以使Ca等离子体发射谱线强度达到最大，并且此时的等离子体发射时间明显增长，通过优化实验参数后对不同浓度下LIBS信号的探测分析，发现相比单脉冲激光作用时，间隔为0.4 μs的双脉冲激光作用使Ca元素检测灵敏度提高了约5倍，实验所得结果为双脉冲LIBS技术对于液体中金属元素含量检测提供了依据。

为了研究环境压强对固壁面附近激光空泡溃灭射流的影响, 采用光偏转方法对固体壁面附近空泡溃灭行为进行了实验研究, 得到了不同环境压强下空泡的溃灭时间、溃灭射流冲击压强。结果表明, 相同激光能量下, 环境压强对空泡溃灭时间、射流冲击压强都有非线性的影响关系, 环境压强越大, 溃灭时间越小, 射流冲击压强越大; 在空泡溃灭的前期, 泡壁加速率较小且受环境压强的影响较小; 在溃灭的后期, 射流形成, 空泡上表面泡壁中心点速率迅速增大, 且相应阶段的加速率随着环境压强的增大而增大。这一结果对激光水下加工及空泡动力学的研究有积极的意义。