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Davide Bleiner來自意大利，熱愛旅行、讀書和足球。有一次他帶了一只塞滿了書的行李箱過海關，本以為能輕松通關，沒想到海關官員一看，竟懷疑他是個販書的——畢竟，誰出國會帶這么多量子力學方面的書呢？由此可見Davide Bleiner對其的濃厚興趣。

Davide Bleiner于2002年在蘇黎世聯(lián)邦理工學院的Detlef Günther小組完成了他的博士學位（博士論文：“The Optimization of a Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry System for The Detection of Short Transient Signals, ETH-No. 14665”）。

Davide Bleiner從2015年開始接任瑞士聯(lián)邦材料科學與技術研究所（EMPA）高級分析技術實驗室（包含5個研究組）主管，同時是蘇黎世聯(lián)邦理工學院（ETH）的兼職講師。

圖一 Davide Bleiner （十年左右前，他剛好出任EMPA高級分析技術實驗室主管）

背景是埃爾溫·薛定諤

圖二 Davide Bleine是一位充滿激情的貝斯手，

常在爵士樂隊和古典管弦樂隊演奏

Davide Bleiner的主要研究興趣是面向材料光譜化學分析的光子學，主要研究亮點包括：Tabletop Lasers for Short Wavelength Spectrochemistry，Laser-Induced XUV Spectroscopy (LIXS)和Chemical Tomography三個部分。值得一提的，Davide Bleiner是LIXS技術的創(chuàng)始人，同時他們發(fā)表在Spectrochimica Acta B的文章“Laser induced XUV spectroscopy (LIXS) from fundamentals to application for high-precision LIBS獲得了2023年度最佳文章獎。

接下來我們會簡要地介紹LIXS及我們合作伙伴--德國greateyes公司的科研級XUV、X射線相機是如何輔助Davide Bleiner團隊的研究工作的。

激光誘導擊穿光譜（LIBS）憑借無需樣品制備、痕量至主量元素靈敏度以及空間分辨分析能力，成為固體材料元素分析的直接方法。然而傳統(tǒng)光學波段（紫外-紅外）的LIBS存在精度不足的問題，其根源在于：

（一）較高的連續(xù)譜背景；

（二）等離子體光學發(fā)射的重復性差。

通過Davide Bleiner團隊自主研發(fā)的極紫外光譜儀實現(xiàn)X射線波段信號的采集，成功突破了這一技術瓶頸。

圖三 展示了激光誘導極紫外光譜測試柱狀電池中Li，O，F(xiàn)等元素的XUV光譜

研究表明，由于流體動力學膨脹效應，等離子體發(fā)射存在顯著的不穩(wěn)定性，這種由閃爍噪聲主導的膨脹過程對非均勻樣品的空間分辨分析尤為不利。

圖四 激光誘導等離子體的定性溫度演化過程

上圖四揭示了激光誘導等離子體的定性溫度演化過程。等離子體溫度決定了光譜發(fā)射范圍（kT=1電子伏特約對應11600開爾文）。在輻照階段，等離子體處于高溫高密度狀態(tài)，發(fā)射軟X射線；經(jīng)過數(shù)納秒膨脹冷卻后（激光脈沖結束），發(fā)射譜以強連續(xù)譜為主導，需延遲采集時間以待本底信號衰減。

高密度激光誘導等離子體產(chǎn)生的軟X射線與極紫外（XUV）輻射表現(xiàn)出高度一致性和重現(xiàn)性。因此，作為LIBS技術升級版的激光誘導極紫外光譜（LIXS）能有效抑制閃爍噪聲，顯著提升分析精度。

通過對鋰錳氧化物樣品的定量分析（下圖五所示），驗證了LIXS的應用潛力。該類能源材料要求成分均勻性，需具備單次檢測即可識別雜質與異相的能力。雖然靈敏度提升可能壓縮動態(tài)范圍，但LIXS在降低靈敏度的同時大幅擴展了動態(tài)范圍——由于本底噪聲可忽略不計，這并不會影響檢測限。

圖五 Li含量和XUV強度及UV-VIS強度的校準曲線

圖六 LM25（Li2O+Mn3O4）、NIST glass 612(一種含有 61 種微量元素的玻璃支撐基質，其標準成分比例為：二氧化硅 72%、氧化鈉 14%、氧化鈣 12%、氧化鋁 2%（質量分數(shù)）) 和 LiF 樣品的 XUV 光譜。三條譜線 A、B 和 C 由 O VI 的躍遷產(chǎn)生。A、B 和 C 線的波長分別為 12.99 納米、15.01 納米和 17.31 納米。在 LiF 中，O VI 的發(fā)射線中沒有氧化效應的特征。

如上圖六，研究還成功展示了氧化特征指紋：在氧化區(qū)域觀察到12.99納米、15.01納米和17.31納米處三條O-VI特征發(fā)射線（圖五b），而氟化鋰中未發(fā)現(xiàn)該特征。簡言之，LIXS作為LIBS微分析技術的新演進，兼具高精度與寬動態(tài)范圍的技術優(yōu)勢。

圖七  基于Harada設計的自研極紫外平面場光譜儀

如上圖七是Davide Bleine教授及其團隊基于日本Tatsuo Harada及其團隊在1984年的發(fā)表的XUV平場光柵光譜儀構型搭建的光譜儀。此種光譜儀有攝譜范圍寬、分辨率和靈敏度高的特點。

圖八 柏林電視塔（德國最高的建筑）

圖九 ALEX系列XUV、X-ray相機實物圖

參考資料：

• Bleiner, D., Rameshbabu, S. and Von Ballmoos, J., 2025. Fingerprinting materials oxidation using laser-induced XUV spectroscopy (LIXS). Analytical and Bioanalytical Chemistry, pp.1-13. https://doi.org/10.1007/s00216-025-06067-9

• Rameshbabu, S. and Bleiner, D., 2025. Radiative recombination as a transient spectroscopic fingerprint for sample oxidation using laser-induced XUV spectroscopy (LIXS). Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 229, p.107203. https://doi.org/10.1016/j.sab.2025.107203

• Bleiner, D.; Qu, D.; Kraft, K.; Shlyakhtun, O. Laser-induced XUV spectroscopy (LIXS): from fundamentals to application for high-precision LIBS. Spectrochim. Acta B 2023, 204, 106668 (12 pp.). https://doi.org/10.1016/j.sab.2023.106668

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• Qu, D.; Bleiner, D. High-precision micro/macro-analysis with laserinduced XUV spectroscopy (LIXS). Chimia 2022, 76 (1-2), 153. https://doi.org/10.2533/chimia.2022.153

• Qu, D.; Trottmann, M.; Wyder, C.; Bleiner, D. Dual spectrometer for simultaneous visible and exterme ultraviolet LIBS. In International conference on X-ray lasers 2020, presented at the XVII international Conference on X-ray lasers, Switzerland, December 8-10, 2020; Bleiner, D., Ed.; Proceedings of SPIE; SPIE: Bellingham, WA, USA, 2021; Vol. 11886, p 118860X (7 pp.). https://doi.org/10.1117/12.2594458

•  Qu, D.; Ohannessian, N.; Wyder, C.; Trottmann, M.; Wichser, A.; Lippert, T.; Bleiner, D. High-precision mapping of fluorine and lithium in energy materials by means of laser-induced XUV spectroscopy (LIXS). Spectrochim. Acta B 2021, 181, 106214 (7 pp.). https://doi.org/10.1016/j.sab.2021.106214

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