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随着工业高速发展，土壤重金属污染日益严重。土壤重金属污染具有隐蔽性、滞后性以及不可逆转性等特点，因此进行土壤重金属污染的快速、现场检测并给予提前预警是当前土壤重金属污染治理的前提基础。与传统检测方法相比，LIBS由于其无可比拟的优势非常适用于土壤重金属的现场、快速检测。LIBS作为一种光学技术，在激光器与光谱仪的选型已经成熟固化的情况下，LIBS光学系统中激光发射光路与等离子体辐射光收集光路的光学参量是影响LIBS土壤重金属现场检测的重要因素。本文针对我国土壤重金属污染现状及其防治需求，结合LIBS技术的特点，开展了土壤重金属LIBS现场检测收发光路关键光学参量的研究工作。 论文首先提出激光照度是激光发射光路的关键光学参量，研究了不同光照度激发样品所得等离子体特性并进行元素检测分析。确定了LIBS检测所需的光照度取值范围为6.16×1010W/cm2-12.66×1010W/cm2，并基于此结果，针对激光器输出脉冲能量较小的情况设计激光扩束-会聚光路保证所需的激光照度值，元素检测限低于20ppm，实现了在激光器输出脉冲能量较小情况下的高精度检测。然后针对土壤重金属现场检测的情况研究了激光等离子体光辐射特性，并提出等效光源。基于此实验研究结论，研究了等离子体辐射光收集光路的关键光学参量，提出在忽略像差的前提下，拉-亥不变量的有效值决定了耦合进入光纤的光能，并进行了实验分析。然后考虑到实际像差的存在，提出等离子体辐射光光纤耦合效率及其计算方法，并进行了实验分析。基于上述收集光路两个关键光学参量，确定了合理的光学参数并优化，设计了光纤耦合系统并给予实验验证，与传统双透镜或光线直接收集相比，耦合系统所获取的光谱数据更稳定，检测限降低了约10ppm。最后，基于收发光路关键光学参量的研究结论，开展远距离土壤重金属检测的研究。在定性分析中，提出采用阻尼最小二乘法对重叠特征谱线进行分离拟合提取，拟合相关系数可达到0.9892。在定量分析中，提出引入检测距离因子对传统的浓度定标曲线进行修正，并在此基础上对特征谱线强度进行自吸收校正，使得在不同检测距离下元素检测的误差均小于20％，提高了检测准确性。论文研究结果为LIBS技术应用到土壤重金属的现场、原位检测中提供了理论与实验数据。