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激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)是一种典型的发射光谱分析方法。它采用激光烧蚀被测样品产生的等离子体作为光源,通过测量这些等离子体发射谱线,就可以获取被测样品的定性或定量的元素成分信息。LIBS技术有许多优点,例如无需制样、远程非接触、多元素同时分析等,因此,近四十年来LIBS技术被广泛地应用于冶金分析、材料分类、食品检测等众多领域。LIBS易受基体效应的影响,采用传统定标方法时,需要用标准样品来绘制校准曲线,这极大的限制了LIBS的应用。因此,当1999年不需要使用标准样品建立校准曲线的无定标激光诱导击穿光谱(Calibration-Free Laser-induced Breakdown Spectroscopy,CF-LIBS)分析方法被提出以后,立刻受到了广泛的关注。CF-LIBS方法的建立是基于局域热平衡状态下的光学薄的理想等离子体光源模型。在此理想状态下,等离子体中各种原子和离子的发射谱线强度都符合玻尔兹曼分布。因此,不同原子或离子的发射谱线强度比就能反映相应的粒子数密度比。所以CF-LIBS方法不需要绘制校准曲线,因它将基体元素也纳入了计算当中。由于不需要制备标准样品的这个最大特点,使得CF-LIBS在文物鉴定、放射性样品检测、熔融金属在线监控等难以制标样的场合很有应用价值。CF-LIBS虽然在理论上有巨大的优势,但在实际应用中会受到诸多限制,如激光诱导等离子体发射的谱线有自吸收、光谱可重复性差、部分元素的可识别谱线较少等问题。由此导致的结果是CF-LIBS的计算精度不如传统的定标方法。对于CF-LIBS的问题,研究人员提出了一些修正方法。其中,标准参考线方法简单可靠,是本论文主要研究的方法。本论文主要着眼于如何快速实现CF-LIBS的定量分析,以推进CF-LIBS方法的实用化。因此,论文对LIBS和CF-LIBS的发展进行了简要综述,论述了激光诱导等离子体的特性和CF-LIBS的计算方法,并开展了CF-LIBS实验研究和相应的数据处理方法的研究。研究了LIBS系统的绝对光谱响应及其对定量分析影响;研究了谱线分支比(Branching Ratio)方法,它可以对大量谱线进行快速筛选,挑选出无自吸收的谱线用于CF-LIBS的计算;研究了多种纯金属元素的标准参考线的选择;编写了用于CF-LIBS定量分析的计算机程序,并对镍基样品的LIBS光谱进行了定量分析,取得了较好的实验结果。本论文的主要创新点在于:(1)提出了 LIBS系统的绝对光谱响应对CF-LIBS测量精度的重要影响,建立了可以对LIBS系统的绝对光谱响应效率进行离线测量的装置;(2)提出了应用谱线分支比快速判断光谱线的自吸收程度并对谱线进行预选择的方法,利用谱线分支比进行LIBS系统的光谱响应效率进行在线测量的方法;(3)对多种元素的金属固体样品进行了LIBS测量,给标准参考线的选择提供了依据;(4)编写了基于CF-LIBS方法的自动光谱数据处理软件,可快速地得到被测样品的定量分析结果。