近年来,由于大气颗粒物产生的重金属污染日益严重,在给生态环境造成损害的同时,对人体健康也造成了巨大的危害。针对大气颗粒物重金属元素探测的常见手段有原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、气相色谱分析法等。本文基于激光诱导击穿光谱（Laser-induced Breakdown Spectroscopy,LIBS）技术对大气颗粒物及重要来源的重金属元素进行了原位在线探测。主要工作概括如下:通过搭建实验平台和系统调试,顺利研制了一套专门用于探测大气颗粒物的重金属元素的高功率LIBS系统,完成了数据校准、参数优化、纯金属元素测试等一系列工作,成功实现了对重金属的原位探测和实时分析。基于该平台开展了空气谱和人类呼吸谱的原位在线探测,探测到了N、H、O等元素,同时通过光谱仪对呼吸谱中CN自由基辐射的荧光进行采集,得到了其在B²Σ⁺-X²Σ⁺的振动跃迁谱线,并实现了基于CN自由基的温度测量,得到了CN自由基的转动温度和振动温度,实验值与模拟值具有很好的一致性。同时以庙宇香燃烧烟尘的探测为例,基于该实验系统成功开展了大气颗粒物原位实时在线探测,在燃烧烟尘中了发现了Ca、Na、K、H等元素;在含Pb庙宇香的燃烧烟尘中,成功实现了铅重金属的原位实时在线探测;结合单颗粒气溶胶质谱仪,实现了铅重金属同位素(²⁰⁶Pb、²⁰⁷Pb、²⁰⁸Pb)的激光在线探测,同位素测量丰度比为24:21:54,与大自然Pb同位素丰度比基本一致。为了进一步从局域污染探测拓展到广域污染,基于该实验系统,还研究了煤灰和大气气溶胶的重金属含量及成分。其中,在煤灰和庙宇香燃烧灰烬的分析中,都分别加入了不同浓度的铅溶液,并使用了内标法实现了对铅元素的定量分析且绘制了定标曲线。其线性相关系数（R²）分别达0.98648和0.99709,这表明通过粗略估算Pb特征谱线的强度是可以实现Pb含量的测定的。另外,在大气气溶胶重金属研究方面,还结合了ICP-MS技术检测其元素成分,这进一步证明了该系统测量的可靠性和准确性。最后,本文还提出了该实验装置的进一步改造和拓展方向。本文研制了高功率LIBS系统,该系统顺利实现大气颗粒物重金属元素的原位在线探测,并对多种主要来源的重金属元素开展定性和定量分析,这种基于光学技术的大气颗粒物重金属元素成分的原位在线探测技术研究及系统研制,为治理大气颗粒物的重金属污染提供了理论依据以及技术支持。