激光诱导击穿光谱（Laser-induced breakdown spectroscopy,简称LIBS）技术,是一种原子发射光谱技术,由于它相对于其他光谱技术而言,具有无需样品复杂预处理、对样品破坏小、可对多种元素实时快速、原位分析等特点,被认为是“化学分析领域的新星”。随着研究的深入以及科学技术的不断进步,LIBS技术的应用领域正在不断扩大,然而将LIBS技术运用于复杂组成物质成分检测仍然面临着诸多挑战,这主要是由于复杂组成物质通常由大量元素组成,而且微量元素和主量元素浓度变化范围宽,这导致定量分析结果易受基体效应和元素谱线自吸收等问题的影响,除此以外,由于复杂组成物质成分的分散,标准样品通常很难获得,常规的标样定标方法和自由定标方法已不再适用,这些都是LIBS技术应用于复杂组成物质定量分析时遇到的关键科学技术问题。本文针对上述所提到的科学问题为背景,依据激光等离子体特性,在分析现有自由定标激光诱导击穿光谱（Calibration-free laser induced breakdown spectroscopy,简称CF-LIBS）分析方法的基础上,建立了运用于复杂组成物质成分检测的CF-LIBS定量分析方法,实现对复杂组成物质成分的快速准确检测,具体研究内容和结果如下。（1）阐述了复杂组成物质的自由定标定量分析方法的基本原理。首先依据激光诱导等离子体在局部热平衡状态下的特性,得到了激光诱导等离子体组成的理论计算方法（由Matlab2016a开发）,这是CF-LIBS技术应用于复杂组成物质定量分析的基础。其次运用该理论计算方法,分别理论计算了钾肥和水泥熟料等复杂组成样品中各元素不同电离级次的相对粒子数密度随等离子体温度的变化趋势。计算结果表明,无论等离子体电子温度怎么变化,各元素不同电离级次的相对粒子数密度此消彼长,处在一种动态平衡之中,且各元素总的粒子数密度不变。以上述理论计算为基础,依据局部热平衡状态下激光等离子体光谱辐射特性,并考虑光谱线的自吸收效应以及Stark展宽、Doppler展宽和仪器展宽,以激光等离子体电子密度、电子温度、各元素相对份数、总粒子数密度和激光等离子体尺寸为变量,给出了复杂组成样品中各元素发射谱线线型（简称激光等离子体理论光谱）的计算方法。并分别应用于钾肥和水泥熟料样品的激光等离子体理论光谱计算。结果表明,在计算理论光谱时,仪器展宽对于谱线线型来说往往不可忽略,对于不同元素谱线需要根据Doppler展宽、Stark展宽和仪器展宽的相对值,来决定用Gauss、Lorentz或Voigt轮廓来计算归一化线型。理论光谱的获得为最终得到复杂组成样品的CF-LIBS定量分析方法提供了基础。在上述工作基础上,建立了复杂组成样品成分的CF-LIBS定量分析计算方法,其主要思想是分别以复杂组成样品中等离子体电子密度、电子温度、各元素相对份数和激光等离子体尺寸为循环迭代变量,选择相应的元素分析谱线,通过循环迭代所有变量,使得到的理论光谱和实验测定光谱相一致,从而得到样品中各成分的绝对浓度。（2）搭建了复杂组成样品定量分析的LIBS实验测定系统,测定了钾肥和水泥熟料两种复杂组成样品的LIBS光谱,将提出的CF-LIBS分析方法应用于样品成分的定量分析,验证了该定量分析方法的有效性。主要工作包含:1)以钾肥中Mg II279.83 nm谱线信号的信噪比最大为优化标准,确定了最佳离焦量为-0.5 mm、最佳ICCD信号采集延时为1.3μs,最佳样品移动速度为0.5 mm/s、最佳激光脉冲能量为15 m J;2)在最优实验参数下分别测定了钾肥和水泥熟料样品的LIBS光谱;3)利用建立的CF-LIBS定量分析计算方法,分别对钾肥和水泥熟料样品成分进行定量分析,结果表明,该分析方法对钾肥中主量元素浓度预测相对误差小于0.2%,对微量元素的预测相对误差在7%以下。对于水泥熟料样品,除了Si和Na元素外,该分析方法得到的各元素预测相对误差在12%以下,并对出现的某些元素预测浓度与样品出厂检测值之间的较大预测误差,对其可能的产生原因进行了分析和讨论。同时研究结果表明,确定每个参数都应该尽量选择与其相关性大的分析线,如确定电子密度尽量选择Stark展宽大的分析线,确定元素相对份数应尽量选择光学厚度小的分析线等,选择谱线的合适程度和Stark展宽参数的准确度会直接影响最终定量分析结果。由两种复杂组成样品成分的定量分析结果可以看出,该定量分析方法能够较好地预测复杂样品中各元素的绝对含量,证明该方法是一种行之有效的自由定标定量分析方法,可应用于复杂组成物质的快速、在线、准确的无标样定量检测,在光谱定量分析技术领域具有较强的应用背景。