油漆涂层广泛存在于各种生活用品的表面,涂层中可能含有可迁移的重金属元素,会通过口腔、皮肤接触进入人体,损害人体健康,油漆涂层还会随着生活垃圾流入土壤、水域中,破坏生态环境。因此,在工业生产中快速、准确测量产品油漆涂层中的重金属元素具有重大意义。常用来检测油漆涂层重金属检测的方法检测效率低、对样品破坏大,难以满足现场检测需求。LIBS技术具有多元素在线检测、原位检测等优势,近几年已经广泛应用于各个领域中。本文基于LIBS技术,以油漆涂层为研究对象,以定量检测油漆涂层的痕量重金属为目的,从影响LIBS光谱的物理因素以及影响LIBS定量检测的光谱预处理、分析方法入手,开展了一系列研究。其主要工作及结论如下:(1)介绍并分析了油漆涂层中重金属的来源与危害以及现有几种油漆涂层重金属检测方法的局限性,说明了LIBS技术在油漆涂层痕量重金属检测的应用潜力。(2)在深入研究了LIBS定量分析原理与方法的基础上,搭建了用于油漆涂层重金属检测的LIBS实验系统。分别测量了黄色、红色油漆涂层样品的LIBS光谱,光谱分析结果表明,两种油漆涂层中都含有Ca、Ba、Sr基体元素,光谱差异主要来源于油漆涂层中颜料的不同。(3)在LIBS实验系统的基础上,以油漆涂层中重金属Pb、Cr特征谱线的强度和信背比为指标,对影响油漆涂层LIBS光谱的物理因素(光谱采集延时、激光能量、透镜焦平面位置、脉冲平均数)进行了研究。研究结果如下:Pb、Cr元素的信背比分别在1.8μs、2.2μs达到最大;当激光能量小于86.5 mJ时,Pb谱线强度与激光能量基本呈线性关系,激光能量大于86.5 mJ时,谱线强度变化不大,逐渐趋于饱和;综合考虑强度与信背比,认为焦平面在样品表面下方1.5 mm处光谱质量最好;Pb元素光谱强度的RSD与脉冲平均数近似呈指数衰减关系,在脉冲平均数达到80次后,RSD基本稳定在5%左右。(4)建立了Pb、Cr元素的单变量分析模型、多元线性回归模型。在单变量分析前,Pb、Cr元素所选取的分析线分别Pb I 405.78 nm、Cr I 425.44 nm,所建模型的可决系数分别为0.951、0.953,留一交叉验证的RMSECV分别为0.0069、0.00354;在建立Pb、Cr元素多元回归模型过程中,同时考虑了目标元素与基体元素的影响,分别建立了三变量、四变量、六变量的多元回归模型,模型的可决系数均高于单变量分析模型,模型中变量数越多,可决系数越高,模型的预测精度反而越低,表明多元线性回归模型容易产生过拟合的现象。(5)利用竞争自适应再加权采样(CARS)算法结合偏最小二乘(PLS)方法对油漆涂层中重金属Pb、Cr进行了定量分析。对比单变量分析模型、多元线性回归模型,Pb、Cr元素的CARS-PLS模型最优,模型可决系数高达0.991、0.998,留一交叉验证的RMSECV分别为0.0039、0.0021,以上结果表明LIBS技术结合CARS-PLS模型能够精确定量检测油漆涂层中的重金属元素。