随着激光科技的发展,如今激光诱导击穿等离了体的现实与潜在应用已广泛深入到许多领域,并且在日益拓展应用范围。这些众多应用同时要求对等离子体中的物理和化学过程有更深入的了解和表征。等离了体的辐射光谱包含丰富的等离了体状态信息,因此等离子体光谱是研究等离子体性质的一种关键技术手段。激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)是一种借助于激光产生的等离子体中原子或离子跃迁而获得物质元素成分信息的光谱分析手段。其工作原理为：一束聚焦脉冲激光入射到待测样品后激发产生等离子体。在激光脉冲作用过程结束后等离子体开始冷却,处在激发状态的原子、离子等以光辐射的形式释放能量,辐射光经光谱仪接收和分辨后得到LIBS光谱。根据LIBS图中谱线的强度和波长分布特征可辨别元素归属,借助光谱定标手段可以进一步分析元素的含量,借助于理想配比关系也可进一步推算出待分析对象中分子化合物的定量成分,根据分子辐射谱特征也可找出分子印迹。LIBS是唯一能在各种不同环境中检测所有化学元素的技术,可分析固体、液体和气体。LIBS具有快速、现场、实时和选点/扫描等分析能力,是一种多元素同时测量方法。。近年来,LIBS技术已被广泛用于冶金和矿业、水和土壤污染、空气污染和环境监测、太空探测、艺术品及染料鉴定等领域。LIBS的主要不足之处是对不同的待测对象的定标较为复杂,而且与电感耦合等离子体发射光谱(ICP)等标准方法相比,在精确度和灵敏度方面尚需完善。针对此类问题,一些定量分析方法已经得到应用和发展,其中外标法是传统的LIBS定量化分析方法,其它分析方法如内标法、自由定标法(Calibration-free LIBS,CF-LIBS)和一些基于数学和统计模型的化学计量方法(PCA、PLS、ANN等)的应用也很常见。不过,由于测量对象的复杂性,外标法的分析精度往往达不到要求。内标法相对简单,但分析结果的可靠性常常需要验证。化学计量方法功能强大,但模型复杂。自由定标法由光谱线强度与Boltzmann分布描述的原子/离子能级布居间对应关系确定元素含量,不需要定标曲线,但在检测过程中必须要满足局域热平衡(Local Thermal Equilibrum, LTE)等条件。总之,这些LIBS定量分析方法有各自的优缺点,至今还没有形成一个非常有效的普适性方法。值得注意的是,LIBS定量检测技术的基础是等离子体辐射光谱。到目前为止,LIBS实际定量测量结果往往与真实值的偏差比较大,其原因主要包括：测量参数选取不当或者不稳定,等离子体的自吸收效应和基体效应影响等等。但从根本上来看,导致这种偏差的内在原因是在LIBS光谱探测过程中等离子体偏离LTE状态。众所周知,记录的离了体光谱源自样品中元素的中心原了和离子的辐射跃迁,而这些谱线的分布性质又在一定程度上直接受到等离子体状态和演变行为的影响,只有当等离子体处于LTE状态时,原子或离了 才能满足玻尔兹曼分布,光谱仪测量的谱线强度才能有效地反映出等离子体体中原子或离子的信息。目前,判断等离子体是否处于LTE状态的依据是McWhirter标准。而McWhirter标准与等离子体温度和电子数密度这两个参数有关,实际上用谱线的Boltzmann图表方法可以得到等离子体温度,在此基础上再利用谱线的Stark展宽可以确定电子数密度。由此可见,等离子体特性与定量检测结果密切相关。因此,为了能准确有效地确定被检测物中待测元素的含量,对激光诱导等离子体的性能研究是十分必要的。硫酸锰(MnSO4)、硫酸镁(MgSO4)和溴酸钾(KBrO3)等三种化合物在工业、农业、制药和食品等领域有着重要广泛的应用。众所周知,硫酸锰是合成脂肪酸的作物需要的微量元素,作为肥料施进土壤可以增产,加到动物饲料中则有催肥的效果。硫酸锰也是制备其它锰盐的原料和分析试剂,可用到电解锰、染料、造纸以及陶瓷等工业生产中。硫酸镁可以用作制革、炸药、造纸、瓷器、肥料,以及医疗上口服泻药等。因为镁是叶绿素的主要成分之一,因此硫酸镁在农业中被用于一种肥料,通常被用于盆栽植物或缺镁的农作物。溴酸钾主要用作分析试剂、氧化剂、食品添加剂等。虽然硫酸锰、硫酸镁和溴酸钾这些化合物在诸如农业、制药和食品行业有着愈加重要的技术应用价值,但它们本身又具有不同程度的毒性,在实际应用领域需要对其使用量进行控制。因此,在农业、制药和食品生产等制造过程中需要应用现场实时的定量化化合物检测方法。通常,这类的检测手段成本高,而使用LIBS方法则可使成本降低。如前所述,LIBS是一种现场实时元素分析方法。通过在线或离线查验Mn、Mg和K等主要元素以及其它元素的确切含量,硫酸锰(MnSO4)、硫酸镁(MgSO4)和溴酸钾(KBrO3)等化合物在最终产品中的含量乃至分布都能得到及时确定。因此,LIBS定量化分析方法将有助于农业、制药和食品生产等制造过程中的质量保证和质量控制,而且从这种意义上而言,将势必对降低这些化合物给人身和环境造成不必要的危害发挥积极作用。本文首次用LIBS检测技术研究了在工业、农业、制药和食品等领域有着重要用途的硫酸锰(MnSO4)、硫酸镁(MgSO4)和溴酸钾(KBrO3)这三种化合物。首次分别采用基于调Q Nd:YAG脉冲激光的基频光(1064 nm)和倍频光(532 nm)的LIBS光谱分析方法,同时运用时间分辨和光谱诊断技术手段分析研究了MnSO4,MgSO4和KBrO3分子化合物样品。在实验研究过程中,激光直接作用于被放置在常规大气压条件下的实验样品表面,激光激发产生的等离子体光谱由光谱仪记录。结果发现,等离子体光谱以源于这些样品中主要元素(例如Mn、Mg和K等元素)的原了跃迁和离子跃迁谱线为主。为了分析等离子体温度(Te)和电了布局数密度(Ne)的空间分布特性,本文利用Boltzmann作图法和谱线的Stark加宽结果,分别研究了样品中的Mn、Mg和K等主要元素。此外,本文还研究了这两个等离子体特征参数随激光辐照度变化的规律,发现对于所选择的三种类型化合物样品,均呈现出相类似的结果和规律。实验结果表明：在保持激光束聚焦状态相同而且光谱探测器接收方位不变的前提下,用波长为532nm的激光激发后分析得到的电子数密度要高于用波长为1064nm的激光作用后得到的结果；而用波长为1064nm的激光激发后分析得到的电子温度要高于用波长为532nm的激光作用后得到的结果值。在此基础上我们进一步探讨了局域热动力学平衡状态前提条件假定的有效性。本文还结合运用原子物理分析方法,对等离子体光谱进行了光谱分析,确认了部分原子和离子谱线的归属,由此获得的光谱信息对样品的定性分析具有重要意义。在此基础上,研究得到的关于激光诱导产生的等离子体中的电子温度和电子数密度等部分等离子体参数及其与样品表面处的激光强度相关联的变化规律,对理解这些样品的激光诱导等离子体性质有所裨益。而且对研究对象的主要元素含量的精准定量分析而言,本文分析方法和内容是无定标LIBS元素成分定量分析技术的前提。因此,本文的研究结果对面向此类化合物样品发展一种现场实时的快捷定量分析方法具有重要的指导意义,进而有助于这类化合物在农业、制药和食品生产制造过程以及应用过程中的质量保证和质量控制。