1962年，Breech和Cross提出激光诱导等离子体的方法，标志着激光诱导击穿光谱（laser_induced breakdown spectroscopy，LIBS）技术的诞生。它是一种目前应用十分广泛的物质元素分析技术，通过高峰值功率的脉冲激光聚焦到样品表面，电离产生等离子体。再利用原子光谱发射法，即将等离子体的发射光谱与标准光谱进行对照，进而实现对样品中化学元素的定性和定量分析。不同于传统的检测方法，LIBS可以实现全波长数据收集，对固态、液态、气态物体中几乎所有元素进行实时在线的定性和定量的分析，具有检测速度快、无需样品预处理、操作简便、造价低、环保等诸多优点。

激光诱导击穿光谱技术的研究主要包括基础理论和应用技术方面的研究，国内在研究早期主要进行的是基础理论方面的研究。基础理论研究涵盖等离子体辐射特性、演变过程以及物质和激光相互作用等方面的分析。应用技术方面的研究包括激光诱导击穿光谱技术在环境监测、考古调研、宇宙探测、地质勘查、食品和药物成分检测和监测等各个领域上的应用研究。本文主要针对激光诱导击穿光谱技术在定量计算方面进行研究。

LIBS定量分析算法包括标样分析法、无标样分析法，典型的标样分析法包括强度分析法和内标法。中国科学院光电研究院研究出了一种建立于传统内标法之上的多元素修正内标法，结合k折线交叉验证和偏最小二乘法（PLS)建模，相比多谱线内标模型、传统内标模型、多元线性回归模型，该算法表达信息更清晰、预测精度更高，更适用于矩阵效应严重的复杂合金成分的定量分析。华南理工大学樊炬等人将多元回归建模和PLS建模分别应用到LIBS技术对燃煤挥发分定量分析中，发现PLS定量分析优于多元回归定标法，降低了基体效应（样品中除被测元素以外的成分统称为基体，基体效应指被测元素谱线强度受到基体的影响）的影响，拥有更高的分析精度和预测能力，对实现在线实时的媒质分析提供了可行性。华中科技大学武汉光电国家实验室将遗传算法（GA）和PLS结合应用到对土壤激光诱导击穿光谱进行了定量分析研究，对土壤中Mn、Gr、Pb等11种成分含量进行预测，最终结果表明PLS-GA与传统的PLS相比可以有效去除光谱中无关量，减少建模时间，简化模型。但研究同时发现PLS-GA仍存在缺陷，对于土壤中少数成分，GA-PLS模型比PLS模型的含量精度预测误差大。

国外LIBS技术同样有很多在定量计算方面的研究。由于标样定标法受基体效应影响严重，降低了实际应用的价值，1994年Ciucci便提出无标样定标法（CF-LIBS）后，CF-LIBS算法不受基体效应的影响，因此出现了大量的研究，也取得了不错的成果。如2000年，Corsi将CF-LIBS算法应用到色素分析上。但由于CF-LIBS预测精度比不上标样定标法，2012年，Gaudiuso等人提出一种半CF-LIBS算法，该方法是标样定标法和无标定标法的结合，通过已知元素的样品光谱图确定等离子体温度，再通过温度进行传统CF-PLS定量分析。2013年，Carvalcanti等人提出一种单点矫正CF-LIBS算法，该方法也是标样定标法和无标定标法的结合使用的一种算法。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容

本课题的工作集中在：掌握LIBS的基本工作原理，了解国内外针对LIBS定量计算各种算法，总结各种定量算法模型的优缺点，并针对某种具体样品进行初步的编程定量计算。

研究目标

（1）了解激光诱导击穿光谱技术工作原理以及LIBS定量分析计算的各种算法

（2）掌握matlab编程软件，至少能使用一种LIBS定量分析算法对具体样品进行初步编程。