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钙和钾元素是婴幼儿配方奶粉中十分重要的营养元素,其含量直接决定了奶粉品质,是婴幼儿奶粉中代表性元素。现有的元素检测方法尚存在操作复杂、检测效率低、设备昂贵等缺点,无法满足大批量婴幼儿奶粉的快速筛查要求,难以适应我国当前严峻的奶粉安全形势。因此,发展新型高效的奶粉营养元素检测方法迫在眉睫,并成为乳制品质量安全领域的研究难点和热点。在各项元素检测技术中,激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)技术以其简便、快捷等显著优点,成为元素检测的最优选技术之一。LIBS可以对配方奶粉中各种元素同时进行高通量的无损检测,借助化学计量学手段,有望实现配方奶粉中多元素的实时定量分析。本文尝试利用激光诱导击穿光谱技术对婴幼儿配方奶粉中钙和钾元素进行快速无损检测,由此实现对婴幼儿配方奶粉质量的快速筛查。论文围绕着婴幼儿配方奶粉中钙和钾元素快速无损检测,匹配性发展了LIBS检测技术,并深入探讨其信号特征,由此发展相应的化学计量学方法以准确提取LIBS信号中钙和钾元素的定量信息。为获得最佳信号强度,论文深入探讨了LIBS实验系统的延迟时间、会聚透镜位置等参数对实验信号的影响,由此制定了一套标准化的制样过程和检测过程。在实际检测过程中,LIBS光谱信号会受到辐射过程中的散射效应和Stark效应干扰,进而影响分析结果的准确性。为解决这个问题,本文发展了一种基于数据驱动的LIBS定量分析技术(Data-Driven LIBS,DD-LIBS),有机结合了高密度离散小波变换、多元散射校正和随机蛙跳变量筛选等算法,以便从复杂、变动的LIBS数据中准确提取光谱定量信息。为了进一步提升DD-LIBS技术的稳定性,论文还提出了一种改进的随机蛙跳变量筛选方法(Modified Random Frog,MRF),以有效克服随机蛙跳随机性较大的弱点。DD-LIBS技术以实验数据作为提高检测精度的驱动力,动态地调整光谱预处理中的各项参数,以有效降低各种效应对光谱信号的干扰,进而获得满意的定量分析结果。为了验证LIBS检测方法的有效性,论文遵循选择典型样品、突出主要矛盾的思路,选择了产自11个国家的19种常见婴幼儿配方奶粉品牌,制备了80个实际样品作为研究对象,其中53个作为校正集,27个作为预测集。结果表明DD-LIBS方法建立的Ca和K元素预测模型相关系数分别达到了0.9521和0.9556平均相对预测均方根误差分别为5.30%和4.95%,其测量精度符合国家和行业标准。综上所述,论文成功地利用激光诱导击穿光谱技术对婴幼儿配方奶粉中的钙和钾元素进行了快速无损检测,并针对其信号特征发展了DD-LIBS算法,有效实现了相关元素的准确测量。实验结果表明DD-LIBS能够为婴幼儿配方奶粉中元素的快速检测提供一种新方法。