中药材是中医药发展的关键物质基础,是生产中药饮片和中成药的基本原料。植物类中药材在田间生长或在采收、加工、贮藏过程中极有可能引入重金属污染。重金属会随着食物链传播,在人体内堆积会造成重大安全风险。另外在中药材领域,冒充道地药材的现象也屡屡出现,成为影响产业健康发展不可忽略的因素。激光诱导击穿光谱（Laser induced breakdown spectroscopy,LIBS）技术是一种利用等离子体发射光谱分析物质元素组成及含量的现代分析方法,在太空探索、海洋勘探、环境监测、文物保护、食品安全等领域广泛应用。本文将LIBS技术引入到中药材元素分析领域,探索智能化的中药材质量检测和原位在线分析系统集成方案,对促进中药材产业的健康发展具有一定促进作用。当前主流元素分析系统或设备多用于实验室场景,其体积大、功耗高,不便于携带至作业现场开展快速检测工作。激光诱导击穿光谱技术具有的原位分析、快速检测、无需复杂样品预处理、微损甚至无损、多元素同时分析等诸多优点,更适合便携用途与野外环境,在现场快速分析应用场景下将会产生新的应用价值。本文围绕手持式激光诱导击穿光谱分析仪的研发工作,讨论了仪器软硬件系统的设计,研究了中药材等离子体光谱数据预处理、定性、定量分析方法,实现了该款便携式仪器基本功能。文章的主要工作内容如下:（1）设计了手持式LIBS元素分析仪电子学系统。采用嵌入式微型计算机作为系统主控平台。小型脉冲激光器和微型光纤光谱仪与嵌入式计算机共同构成仪器的核心部分,完成高能激光束产生、光谱采集、光谱处理与分析功能。温湿度传感器、气压高度传感器、接近传感器、相机模块、GPS定位模块作为环境信息或样品信息采集模块集成于自行设计的电路板卡上。利用Altium Designer 20设计软件完成硬件电路原理图及PCB设计。对电路性能进行测试验证并最终搭建了手持式激光诱导击穿光谱分析仪硬件系统,完成了电子学系统的联机测试。（2）开发了手持式LIBS元素分析仪测控分析软件。软件基于Linux操作系统和Qt开发框架,采用C++编程语言开发具有硬件控制和光谱数据分析处理功能的测控应用软件。在Ubuntu系统和Raspberry系统上分别搭建软件开发环境,实现主机与从机交叉编译。在Qt开发环境中编写激光器串口控制程序和光谱仪动态加载库调用程序,完成了激光器的控制和光谱仪数据采集。使用动态链接库技术封装光谱数据分析模块代码,供应用软件调用并输出包含测试样品元素组成及含量的分析结果。分析软件操作简单、界面简洁,可有效控制各部件并完成光谱数据测量与分析。测控系统运行稳定,可以对中药材实施快速、原位检测。（3）采用LIBS技术分别结合支持向量机和随机森林算法模型对中药材产地进行分类识别。实验选取我国5个不同产区（黑龙江、内蒙古、山西、甘肃、四川）的黄芪作为中药材产地溯源的研究对象,采用无监督的主成分分析法提取各个样品光谱数据中所占贡献率较大的主成分,实现对原始光谱数据的降维。利用粒子群优化算法对支持向量机和随机森林算法中的关键参数进行优化,使得模型得以快速收敛。最终两种算法分类准确率分别达到91.6%和90%,证明利用LIBS技术结合机器学习算法可以对药材产地实施快速分类。