激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)和激光烧蚀分子同位素技术(Laser Ablation Molecular Isotopic Spectrometry,LAMIS),鉴于其在物质元素及其组成探测分析方面具有原位、实时、无需样品准备、应用场景广泛等特点,已经在诸多领域有所应用。在传统的同位素分析方法中引入LIBS和LAMIS技术,结合偏最小二乘回归分析(Partial Least Squares Regression,PLSR)定量方法,提高了诸多处于不同物质态中的同位素的分析效率,但是使用该技术探测水中氘(D)和氢(H)的相对含量需要进一步探讨检测灵敏度、等离子中谱线特性、定量标准与模型等问题。本文的工作在介绍了国内外研究现状、定量方法、原子分子谱以及飞秒激光光丝特性的基础上,主要开展了两方面的研究工作:(1)LIBS技术结合原子线H_α/D_α构建PLSR回归分析模型,免定标定量分析了样品中氘浓度(f_D);(2)LAMIS技术结合OD/OH分子谱构建系列f_D光谱模拟数据库,完善了基于无需标样参考的偏最小二乘回归定量技术(PLSR-CF)。激光烧蚀f_D为0.5%-20%的样品产生的H_α/D_α谱图表明:在合适的探测延迟时间和门宽条件下,飞秒激光光丝比纳秒激光产生的等离子体具有更窄的H原子谱线展宽(50 pm)。斯塔克展宽是H_α和D_α展宽的主要影响因素。本文探讨了四种不同的定量分析方法的定量性能,这四种方法分别为:(1)谱拟合(SDA);(2)最小二乘回归内部检验(PLAR-IV);(3)最小二乘回归交叉检验(PLSR-CV);(4)最小二乘回归免除标样分析(PLSR-CF)。定量分析结果指出PLSR-CF在四种定量方法中准确度和精密度最高,原因是在生成光谱的过程中充分考虑了谱线展宽以及原子线的精细结构,使得模型更加精准。本文基于PLSR-CF技术继续对水中OD/OH分子谱开展定量研究,激光烧蚀f_D为1%-90%的系列样本。OH分子A~2Σ~+-X~2Π系统的(0-0)带转动支R11、R22等被用来进行同位素的定量分析。分析OH分子谱强度的时间分辨信息发现,虽然OH分子谱强度在0.75μs之前迅速衰减,但是之后其强度保持稳定并一直持续到2μs左右。得益于这段足够长的探测时间窗口为OD/OH同位素定量分析提供了低于30 pm的谱线展宽,使得同位素分子谱结合PLSR-CF测定水中氘(D)浓度展现出更优异的定量性能。