在诸多需要应用分析仪器进行检测的行业中,待测样品的形态大多种类复杂,而非单一形态,往往涉及块状固态物质、液态物质以及粉末形态物质等多种形态的各类样品的分析需求,以油气开采领域为例,钻井现场往往存在细碎岩屑、钻井废水、钻井泥浆等多种形态的待分析物质,常规的分析必须采用多种分析手段综合分析,即针对某一特定形态的样品配套特定的仪器进行分析。因此,实现对不同形态样品的现场快速分析将会对这些行业的发展起到重要的作用。激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是光谱分析领域内的一种前沿性分析手段,具有检测速度快,无需复杂样品前处理,能够实时在线分析,非接触式检测,对样品形态要求不严格等鲜明特点,这些独特优势尤其满足诸多领域对于各种形态样品快速分析的需求。但是目前LIBS技术在实际检测块状固态样品、液态样品以及粉末形态样品时会由于物质自身特性、有无标准样品以及检测技术本身诸多因素的影响导致存在许多局限性,同时没有能够快速检测多种形态物质的仪器装置,发挥不出LIBS技术检测快速、现场分析等特点,制约了LIBS技术在诸多应用领域的发展。基于此,本文开展了如下研究工作:(1)针对诸多应用领域对于液态物质元素成分快速检测的应用需求,以及现有检测技术在检测液态物质时检测灵敏度以及稳定性低、需要固相负载、液相预富集等复杂的样品前处理、操作过程繁琐、检测时间较长、检测设备复杂昂贵等局限性,本文研究了针对半胶体悬浮液及胶体溶液、真溶液非痕量元素以及痕量元素的LIBS快速检测技术,提出了样品加热法结合超吸水树脂、PVA环形相转化技术实现液态物质快速固化的方法,结合等离子体气体保护增强LIBS光谱信号法,有效改善了对于液态物质元素分析的检测灵敏度以及稳定性。研制了针对液态物质元素分析的LIBS快速检测装置,应用该装置对于泥浆钻井液以及金属离子溶液进行了LIBS的快速检测应用研究,相比于其它液态物质检测技术,该装置在检测速度、稳定性、灵敏度等检测性能方面均具有明显改善。(2)针对诸多应用领域对于粉末形态物质元素成分快速检测的应用需求,以及现有检测技术在检测粉末形态物质时分析精确度以及灵敏度低、需要消解、压片等复杂的样品前处理、检测时间较长、检测设备复杂昂贵等局限性,本文研究了针对粉末形态物质元素分析的LIBS快速检测技术。提出了一种样品加热法结合液态有机粘合剂技术实现粉末形态物质快速固化的检测方法,有效改善了对于粉末形态物质元素分析的检测精确度以及灵敏度。基于该提出的方法,研制了针对粉末形态物质元素分析的LIBS快速检测装置,应用该装置对国家标准铜矿石粉末样品以及镍矿石粉末样品进行了LIBS的快速检测应用研究,并与传统压片方法从激发后物质表面形态、信号稳定性、检测结果准确度、精密度以及检测限等方面进行了比较,对比结果显示,该装置的分析结果均优于传统的压片方法,证明了该装置检测粉末物质优良的分析性能,并通过对检测结果的不确定度评定,评定结果进一步验证了该装置快速检测粉末物质的可行性,并对该装置如何改进以进一步提高检测性能具有明确的指导意义。(3)针对诸多应用领域对于获取块状固态物质表面元素分布信息的应用需求,本文研究了针对获取块状固态物质表面元素分布信息的LIBS二维空间扫描检测技术。设计出一套针对物质表面指定区域的元素分布信息进行二维空间扫描分析的显微/可视LIBS扫描分析系统,应用该装置对黄铁矿化石英脉以及辉锑矿化绢云母化高岭土化花岗岩进行了多种元素的二维空间元素分布分析研究。利用元素特征谱线的峰强度值反映对应元素相对含量的关系,二维空间扫描所成的样品表面各元素的分布图均能够较好地反映样品表面各元素含量的相对变化信息,证明了该系统的可行性。本文开发的LIBS二维空间扫描检测技术能够对诸多领域的相关研究提供关键元素信息。(4)针对常用元素定量分析方法如定标曲线法以及化学计量学方法需要测定大量已知元素含量的样品的局限性,提高定量分析速度,并且实现对于无标物质的快速检测,本文针对无标物质的元素分析开展了LIBS的分析技术研究。提出一种便携式LIBS仪器结合自由定标算法针对无标物质的现场元素定量分析技术,对于冶金工业领域无标样的硬质合金样品进行了元素的定性分析以及定量分析。为了验证检测结果的准确性,本文同样用XRF对硬质合金样品进行了元素的定性以及定量分析。两种方法的分析结果相吻合,对于样品中的主量元素定量结果的相对误差仅在-1.72%至-0.71%,其它元素的相对误差也均可接受。相比于常用的需要检测大量已知元素含量样品的定标曲线法以及化学计量学方法,该技术提高了元素定量分析速度,并能够完成对于无标物质的分析需求。促进了LIBS技术对于现场分析的应用。(5)针对诸多应用领域对于多种形态物质的快速检测需求,本文基于上述对于液态物质、粉末形态物质以及块状固态物质元素分析的LIBS快速检测技术的研究工作,研制出一种能够批量快速检测液态物质、粉末形态物质以及块状固态物质的LIBS多功能样品室。根据LIBS实际检测的应用需求,研究了多功能样品室的LIBS相关技术。研制出了分别适用于集成化仪器以及实验平台的多功能样品室,满足了不同检测条件的功能匹配,并在此基础上研制有多功能样品室自动化检测系统,其能够完成液态物质、粉末形态物质至块状固态物质的快速转化,并可通过二维空间扫描检测获取块状固态物质表面元素分布信息,从而获得较为理想的光谱数据,有效提高检测液态物质、粉末物质以及块状固态物质的检测效率、稳定性以及灵敏度等分析性能,满足LIBS技术对于多形态物质快速检测的应用需求。此外,为了进一步提高LIBS多功能样品室在检测多形态物质时的检测效率、可操作性以及直观性等检测性能,该装置设计有激光束自动聚焦、图像任意选点自动化检测等多种功能模块。