中文摘要：

重金属污染严重地影响生态环境和人类的健康与安全,单脉冲激光激发的激光诱导击穿光谱技术检测土壤中的重金属污染，具有实时、现场和多组分同时检测的优势，但灵敏度偏低，而激光烧蚀- - 快脉冲放电等离子体光谱技术能显著增强光谱辐射强度和信噪比，从而提高检测灵敏度。本课题将通过理论模拟与实验研究相结合，探索激光烧蚀-快脉冲放电激发的土壤等离子体的温度、电子数密度等基本特性及其时间演化过程，这些基本特性与重金属元素光谱辐射强度的关系，以及光谱辐射强度与实验参数的关系，揭示导致激光烧蚀- - 快脉冲放电激发的土壤等离子体中的光谱信号增强的机理，获得提高光谱辐射强度、信噪比和检测灵敏度的优化技术方法和途径。研究结果将为今后研发基于激光烧蚀-快脉冲放电等离子体光谱的高灵敏度现场、实时土壤重金属元素检测设备提供实验依据、技术路线以及重要的仪器参数。

结论摘要：

激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种正在发展的元素快速、实时、现场检测技术，在土壤重金属污染检测中具有重要的应用价值，但是其检测灵敏度偏低，限制了其应用，因此提高检测灵敏度对于该技术实用应用具有非常重要的意义,也是目前LIBS技术研究中的热点。为此本课题系统研究了激光烧蚀--快脉冲放电等离子体光谱技术、其光谱增强机理及其在土壤重金属检测中的应用。首先搭建了能产生纳秒脉冲放电的激光烧蚀--快脉冲放电等离子体光谱技术（LA-FPDPS）实验平台；记录了不同激发条件下产生等离子体的发射光谱，研究发现与单脉冲LIBS技术相比，LA-FPDPS技术对土壤中微量元素的信号强度可增强100倍以上，信噪比、稳定性都获得了3-6倍的提高，非常有利于提高微量元素的检测灵敏度；通过光谱分析和理论模拟，研究了激光烧蚀--快脉冲放电激发土壤时，等离子体的电子密度、温度、元素特征谱线强度等基本特性及其随时间的演化过程，并与单脉冲激发时进行比较，表明纳秒脉冲放电技术通过二次加热激光等离子体，有利于形成具有更高温度、更高电子密度的等离子体，导致更强的光谱信号和更好的光谱稳定性。我们还系统研究了光谱辐射强度\信噪比与等离子体激发参数之间的关系，获得提高光谱辐射强度和检测灵敏度的优化工作参数和技术方法，并应用于土壤中元素的检测，与LIBS技术相比，检测灵敏度提高了一个数量级以上。研究结果揭示了激发条件与等离子体电子温度、电子数密度以及光谱强度的内在联系、以及光谱信号增强的机理，对于今后更深入地开展后续工作并利用该技术进行实际检测，特别是研发基于该技术的高灵敏度现场、实时土壤重金属元素检测设备，具有重要的价值和指导意义。？？？研究工作在国内外同行中享有较好的评价，3次在国际会议作邀请报告，2次在全国会议作邀请报告，发表14篇SCI、EI收录科研论文，被引用100多次，在JAAS（影响因子3.3）杂志上发表的一篇介绍原子光谱的文章中作者专门用一段篇幅介绍了我们提出的LA-FPDPS技术及检测结果。相关技术申请了11项国家专利， 其中2项发明专利、8项实用新型专利已获授权。