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作为火力发电的主要燃料，煤炭在我国的能源结构和国民经济中起到举足轻重的作用。煤炭中的非金属元素对煤炭的品质有着至关重要的影响。因此，对煤炭中的非金属元素进行快速、精准检测具有重要意义。传统煤质检测技术因存在样品制备复杂、耗时长、精度低等问题，而难以满足工业在线检测的需求。激光探针技术作为一种原子发射光谱技术，具备制样简单、检测时间短、多种元素同时检测等优势，是目前元素分析领域的研究热点。然而，激光探针技术对煤中非金属元素进行检测时，存在光谱信号弱、谱线重叠与背景噪声干扰、基体效应等问题，导致检测结果误差大、精确度与灵敏度低，难以满足煤炭检测实际应用的需求。基于此，本论文对煤炭中碳、氢、氮、硫元素的激光探针定量分析方法进行了深入研究，主要研究内容如下：
(1)分别搭建了用于煤中非金属元素检测的单脉冲激光探针实验装置(SP-LIBS)与双脉冲激光探针实验装置(DP-LIBS)。通过探究制样方法、离焦量、光谱仪采集延时及双脉冲的延迟时间对光谱强度和信噪比的影响，实现了单脉冲和双脉冲激光探针实验参数的优化。
(2)针对煤中碳、氢、氮、硫元素定量分析精度低的难题，提出了基于偏最小二乘回归(PLSR)的煤样多元回归模型，用于煤中C、H、N、S元素的分析，获得C、H、N、S元素的预测均方根误差(RMSEP)分别达到0.5253、0.1023、0.0367、0.2067wt.%，平均相对误差(ARE)分别达到0.747、2.2525、2.97、25.7wt.%，R2分别达到0.9967、0.9796、0.9667、0.8971。结果表明PLSR模型减弱了基体效应的影响，提高C、H、N、S元素的定量分析性能，实现了C、H、N元素高精度、高准确度检测。
(3)针对煤中硫元素检测精度低的难题，提出了氦气气氛结合再加热模式的正交双脉冲激光探针检测方法，增强了S元素特征谱线强度与信噪比，减弱了谱线干扰。并采用基本定标法对S元素进行定量分析。结果表明采用该方法S元素的检测极限LoD最低可达0.038wt.%，交叉验证均方根误差RMSECV最低可达0.1434wt.%，定标曲线R2最高可达0.992。
综上所述，本文对煤中C、H、N、S元素的激光探针定量分析方法开展了系统研究。利用PLSR模型有效地降低了基体效应的影响；采用氦气气氛结合DP-LIBS的分析方法大幅提高光谱强度与信噪比，减弱了谱线干扰，成功地实现了煤中C、H、N、S元的高精度、高准确度、高灵敏度定量分析。
(1)分别搭建了用于煤中非金属元素检测的单脉冲激光探针实验装置(SP-LIBS)与双脉冲激光探针实验装置(DP-LIBS)。通过探究制样方法、离焦量、光谱仪采集延时及双脉冲的延迟时间对光谱强度和信噪比的影响，实现了单脉冲和双脉冲激光探针实验参数的优化。
(2)针对煤中碳、氢、氮、硫元素定量分析精度低的难题，提出了基于偏最小二乘回归(PLSR)的煤样多元回归模型，用于煤中C、H、N、S元素的分析，获得C、H、N、S元素的预测均方根误差(RMSEP)分别达到0.5253、0.1023、0.0367、0.2067wt.%，平均相对误差(ARE)分别达到0.747、2.2525、2.97、25.7wt.%，R2分别达到0.9967、0.9796、0.9667、0.8971。结果表明PLSR模型减弱了基体效应的影响，提高C、H、N、S元素的定量分析性能，实现了C、H、N元素高精度、高准确度检测。
(3)针对煤中硫元素检测精度低的难题，提出了氦气气氛结合再加热模式的正交双脉冲激光探针检测方法，增强了S元素特征谱线强度与信噪比，减弱了谱线干扰。并采用基本定标法对S元素进行定量分析。结果表明采用该方法S元素的检测极限LoD最低可达0.038wt.%，交叉验证均方根误差RMSECV最低可达0.1434wt.%，定标曲线R2最高可达0.992。
综上所述，本文对煤中C、H、N、S元素的激光探针定量分析方法开展了系统研究。利用PLSR模型有效地降低了基体效应的影响；采用氦气气氛结合DP-LIBS的分析方法大幅提高光谱强度与信噪比，减弱了谱线干扰，成功地实现了煤中C、H、N、S元的高精度、高准确度、高灵敏度定量分析。