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城市屋顶、停车场车棚、高速服务区，越来越多的地方铺上了光伏板。它们看起来坚硬厚实，真正把阳光变成电的晶硅片，却正在变得越来越薄。
一片硅片的厚度已经逼近百微米，和一张纸相差无几。做薄一些，可以少用硅料、降低成本；但在切割、蚀刻、热处理和运输过程中，它也会变得更加敏感。一个肉眼几乎看不见的微小缺陷，可能逐渐扩展成裂纹，并悄悄带走一部分发电能力。
问题是：裂纹究竟从哪里开始？在它真正出现之前，我们能不能找到藏在硅片里的应力？
光伏产业不断推动硅片薄片化，原因很直接：硅片更薄，单位产能使用的硅料更少，制造成本也有下降空间。但薄片化同时压缩了硅片面对加工载荷和内部缺陷时的安全余量。
样品制备包括将精确称量的氧化物形式的Eu、Gd、La、Pr、Nd、Sm 和 Y 包埋在石墨颗粒中。稀土元素浓度范围为 10 ppm至 300 ppm，每个浓度水平均进行五次独立的重复测量。这种严格的重复测量确保了后续多元校准分析的统计可靠性、可重复性和稳健性。
通过激光诱导击穿光谱法（LIBS）进行的光谱分析揭示了每种稀土元素特有的发射谱线，这些谱线主要位于350–450 nm的光谱窗口内，其中390–430 nm区域的区分能力最强。先进的多元统计技术，特别是偏最小二乘回归（PLS），有助于建立稳健的校准模型，从而实现低ppm浓度下元素的精确定量分析。
模型验证表明，稀土元素（包括Eu、Gd、Pr、Nd和Y）的预测性能优异，具有极高的决定系数（R² 值介于 0.890 至 0.933 之间）。相反，La 和 Sm 的预测精度略有下降（R² 值介于 0.730 至 0.839 之间），表明其与基质的相互作用更为复杂，并强调了进行细致的基质特定校准的必要性。
通过对偏最小二乘回归系数进行详细分析，进一步提高了分析精度，从而能够明确识别与每种元素相关的关键光谱特征。这种针对性的方法有效地简化了固有的复杂激光诱导击穿光谱（LIBS）图谱，有助于实现痕量元素的精确检测，并提高了该技术的分析保真度。此外，该研究强调了考虑基质变异性的重要性，并进一步强化了制定严格的、针对特定基质的校准方案的必要性。
这项研究成果强调了激光诱导击穿光谱（LIBS）技术的巨大潜力，尤其是在与Andor iStar ICCD等高灵敏度检测平台结合使用时，能够快速、准确地现场定量分析痕量稀土元素。这项技术对于可再生能源技术、核安全规程和环境保护等众多实际应用至关重要。
与传统方法相比，激光诱导击穿光谱（LIBS）显著简化了分析流程，大幅缩短了分析时间，并为常规、大规模的工业和环境监测任务提供了一套有效的工具。鉴于全球对稀土元素的依赖日益加深，以及稀土元素在新兴技术中发挥的关键作用，LIBS 已成为高效资源管理、优化回收利用以及严格监测环境废物流的关键分析方法，直接支持全球可持续发展目标和净零排放目标的实现。
总之，LIBS 技术不仅展现了 ppm 级定量分析所需的灵敏度，而且与提高效率、精度和多功能性的更广泛分析需求完美契合，使其成为可持续和创新环境、核能和采矿应用研究中必不可少的分析方法。
[1] Madhavi Martin, Daniel Hamm, Samir Martin, Steve Allman, Gary Bell, Rodger Martin, “Micro-Laser-Induced Breakdown Spectroscopy: A Novel Approach Used in the Detection of Six Rare Earths and One Transition Metal,” Minerals, 9(2), 103 (2019). https://doi.org/10.3390/min9020103 (registering DOI).
[2] Madhavi Martin, Rodger C. Martin, Hunter B. Andrews, Steve Allman, Deanne Brice, Samir Martin, and Andre Nicolas. “Quantification of Rare-Earths in the parts-per-million range- A Novel Approach in the Application of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy”. Appl. Spectrosc. Vol 76 (8) 2022 https://doi.org/10.1177/00037028221092051 (2022).
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