气溶胶在地球大气成分中含量很少,但是其对大气环境、生态系统的影响巨大。气溶胶由于粒子的来源和形成原因不同,其化学成分相差很大,并且随着气流和温度变化,呈现明显的地域性和季节性。快速、实时地分析气溶胶的化学组成,对于污染源的追溯和防控治理有着重要意义。激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种原子发射光谱分析方法,LIBS技术相较于其他分析技术有着快速、原位、实时和全元素分析的优点,适用于大气环境领域的元素成分和含量检测。本文以气溶胶中金属元素检测为背景,首先搭建了LIBS实验装置,然后在此基础上设计并集成了LIBS原理样机,测试结果表明该LIBS原理样机可应用于气溶胶成分与含量检测。本文的主要研究工作如下:1.搭建了LIBS实验装置,完成了LIBS实验仪器的选型和LIBS系统的测试。使用Unigraphics NX软件设计了双脉冲LIBS原理样机的内部结构和封装方式,LIBS原理样机中集成了两套成像系统,分别用于监控并调节两束脉冲激光光斑在样品表面的重合和实时监控激光辐照位置和样品状态;对LIBS原理样机中电控平移台的控制软件进行了开发,解决了圆形样品采样率不足的问题,激光辐照点可根据样品外形尺寸在样品表面进行螺旋线辐照扫描。最终将各实验仪器集成为双脉冲激光诱导击穿光谱技术(DP-LIBS)原理样机。2.研究了四种常见的光谱收集光路对等离子体光的收集效率,以效率最高的收集方式(焦距均为100 mm的双透镜组合光路)为基础,优化设计了光谱激发和收集光路系统。对比了不同延迟时间对光谱的影响,以光谱净强度、信噪比为依据,确定了延迟时间1600ns为最优光谱采集参数。对比分析了滑动窗口算法、傅里叶变换算法、高斯曲线拟合法、连续小波变换法等预处理方法在噪声抑制和谱线识别的效果,最后选取小波阈值降噪法和双尺度相关法作为光谱预处理方法。3.利用LIBS实验系统,开展了针对气溶胶成分的实验研究,发现气溶胶中含有Cr、Na、Mg、Al、Ca、Fe、Ba等金属元素;对其中的重金属元素进行定量分析,实验建立的重金属元素定标曲线相关系数R~2在0.995-0.997之间,检测限在1.9-3.6 ppm之间,反演出的重金属元素含量在2.9-142.3 ppm之间;将重金属元素谱线净强度与中国环监总站公布的PM 2.5、PM 10数据进行归一化拟合,发现Ba元素与PM 10的拟合度更高、Cr元素与PM 2.5的拟合度更高。实验结果表明搭建的LIBS系统可以对气溶胶进行快速的定性和定量分析。