激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)是一种原子光谱技术,具有环境适应性强、检测元素种类多、样品损耗少和分析速度快等优点。尽管LIBS在化学分析已经展现出其良好的发展潜力,但是仍然面临着光谱影响因素复杂、基体效应明显和定量精度差的挑战。本文主要从光谱影响因素分析、皮秒等离子体屏蔽机理、光谱预处理和定量分析方法等四个方面开展了以下研究:(1)以脉宽为120皮秒的激光产生的等离子体光谱为例,从宏观角度分析了脉冲能量、激光波长、有效聚焦距离和光谱仪延时对光谱强度的影响,从微观角度分析了累计脉冲数量、烧蚀深度与光谱强度之间的联系。实验结果表明,当透镜焦点位于靶材下方时,可以获得最高的光谱强度。光谱强度与脉冲能量成正比,但是强度增幅与脉冲波长密切相关。采用532 nm的脉冲可以有效缓解靶材表面粗糙度引起的有效聚焦距离的波动。光谱强度的稳定性会受到烧蚀脉冲数量和脉冲能量的综合影响。(2)探索了皮秒等离子体屏蔽的产生机理,研究了谱线强度、等离子体温度和电子密度与等离子体屏蔽之间的内在物理关系。当焦点刚好位于靶材表面上时,屏蔽作用加剧,高能冲击波会带走更多的熔融喷溅物质,导致光谱强度、电子密度和等离子体温度降至最低点。当焦点位于靶材上方时,脉冲会直接分解空气,在高温高压冲击波的作用下,谱线强度、等离子体温度和电子密度再次增加。最后采用Mc Whirter不等式、等离子体松弛时间和扩散长度验证了等离子体存在LTE的可能性,利用谱线强度的实际变化确定了近似光学薄的存在,证明等离子体温度和电子密度的估算值的合理性。(3)根据LIBS的数学特性,基于经典最小二乘法,采用非对称惩罚项来保持谱峰信号的正向性和稀疏性,将对称惩罚项用于约束光谱基线的平滑性,提出了一种自适应光谱基线拟合方法,并分别采用模拟光谱和实测光谱进行验证。模拟光谱的拟合基线结果表明,本文方法能拟合出正确的基线,与Mpls、Backcor和Airpls这三种方法相比,随着叠加噪声功率的增加,本文方法的拟合偏差降低了2-4倍,并表现出很高的鲁棒性。实测光谱的结果表明,本文方法能拟合出谱线不同程度重叠形成的各类基线漂移,对波长分辨力变化表现出了较强的自适应性。(4)鉴于天然铜矿/精矿的稀缺性,基于11种铜矿石原料拓展出了23种不同含量的铜矿测试样本,分析了这些铜矿光谱的基本特性,并精选了12条原子线和17条离子谱线,最后利用弹性网络模型对上述分析谱线进行有效选择与定量建模,实现原矿中铜含量的准确定量分析。实验结果表明,与传统的OLS和PLSR,PSO-SVR及其改进的五类方法相比,Lasso、Ridge和弹性网络这三种广义线性模型能有效地提高预测性能。本文采用的弹性网络在测试集中获得了最好的预测精度和泛化性能,R~2、均方根误差和平均绝对百分比误差分别为0.9798、1.1971和8.21%。与PLSR相比,均方根误差降低了24.92%,平均绝对百分比误差降低了35.15%。基于特征选择的定量方法有利于将数学统计模型与LIBS定量的物理本质联系起来,提高了定量分析模型的可解释性。