LIXS技术开创者 - greateyes用户故事之Davide Bleine - 瑞士EMPA研究员

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Davide Bleiner来自意大利，热爱旅行、读书和足球。有一次他带了一只塞满了书的行李箱过海关，本以为能轻松通关，没想到海关官员一看，竟怀疑他是个贩书的——毕竟，谁出国会带这么多量子力学方面的书呢？由此可见Davide Bleiner对其的浓厚兴趣。

Davide Bleiner于2002年在苏黎世联邦理工学院的Detlef Günther小组完成了他的博士学位（博士论文：“The Optimization of a Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry System for The Detection of Short Transient Signals, ETH-No. 14665”）。

Davide Bleiner从2015年开始接任瑞士联邦材料科学与技术研究所（EMPA）高级分析技术实验室（包含5个研究组）主管，同时是苏黎世联邦理工学院（ETH）的兼职讲师。

图一 Davide Bleiner （十年左右前，他刚好出任EMPA高级分析技术实验室主管）

背景是埃尔温·薛定谔

图二 Davide Bleine是一位充满激情的贝斯手，

常在爵士乐队和古典管弦乐队演奏

Davide Bleiner的主要研究兴趣是面向材料光谱化学分析的光子学，主要研究亮点包括：Tabletop Lasers for Short Wavelength Spectrochemistry，Laser-Induced XUV Spectroscopy (LIXS)和Chemical Tomography三个部分。值得一提的，Davide Bleiner是LIXS技术的创始人，同时他们发表在Spectrochimica Acta B的文章“Laser induced XUV spectroscopy (LIXS) from fundamentals to application for high-precision LIBS获得了2023年度最佳文章奖。

接下来我们会简要地介绍LIXS及我们合作伙伴--德国greateyes公司的科研级XUV、X射线相机是如何辅助Davide Bleiner团队的研究工作的。

激光诱导击穿光谱（LIBS）凭借无需样品制备、痕量至主量元素灵敏度以及空间分辨分析能力，成为固体材料元素分析的直接方法。然而传统光学波段（紫外-红外）的LIBS存在精度不足的问题，其根源在于：

（一）较高的连续谱背景；

（二）等离子体光学发射的重复性差。

通过Davide Bleiner团队自主研发的极紫外光谱仪实现X射线波段信号的采集，成功突破了这一技术瓶颈。

图三 展示了激光诱导极紫外光谱测试柱状电池中Li，O，F等元素的XUV光谱

研究表明，由于流体动力学膨胀效应，等离子体发射存在显著的不稳定性，这种由闪烁噪声主导的膨胀过程对非均匀样品的空间分辨分析尤为不利。

图四 激光诱导等离子体的定性温度演化过程

上图四揭示了激光诱导等离子体的定性温度演化过程。等离子体温度决定了光谱发射范围（kT=1电子伏特约对应11600开尔文）。在辐照阶段，等离子体处于高温高密度状态，发射软X射线；经过数纳秒膨胀冷却后（激光脉冲结束），发射谱以强连续谱为主导，需延迟采集时间以待本底信号衰减。

高密度激光诱导等离子体产生的软X射线与极紫外（XUV）辐射表现出高度一致性和重现性。因此，作为LIBS技术升级版的激光诱导极紫外光谱（LIXS）能有效抑制闪烁噪声，显著提升分析精度。

通过对锂锰氧化物样品的定量分析（下图五所示），验证了LIXS的应用潜力。该类能源材料要求成分均匀性，需具备单次检测即可识别杂质与异相的能力。虽然灵敏度提升可能压缩动态范围，但LIXS在降低灵敏度的同时大幅扩展了动态范围——由于本底噪声可忽略不计，这并不会影响检测限。

图五 Li含量和XUV强度及UV-VIS强度的校准曲线

图六 LM25（Li2O+Mn3O4）、NIST glass 612(一种含有 61 种微量元素的玻璃支撑基质，其标准成分比例为：二氧化硅 72%、氧化钠 14%、氧化钙 12%、氧化铝 2%（质量分数）) 和 LiF 样品的 XUV 光谱。三条谱线 A、B 和 C 由 O VI 的跃迁产生。A、B 和 C 线的波长分别为 12.99 纳米、15.01 纳米和 17.31 纳米。在 LiF 中，O VI 的发射线中没有氧化效应的特征。

如上图六，研究还成功展示了氧化特征指纹：在氧化区域观察到12.99纳米、15.01纳米和17.31纳米处三条O-VI特征发射线（图五b），而氟化锂中未发现该特征。简言之，LIXS作为LIBS微分析技术的新演进，兼具高精度与宽动态范围的技术优势。

图七  基于Harada设计的自研极紫外平面场光谱仪

如上图七是Davide Bleine教授及其团队基于日本Tatsuo Harada及其团队在1984年的发表的XUV平场光栅光谱仪构型搭建的光谱仪。此种光谱仪有摄谱范围宽、分辨率和灵敏度高的特点。

图八 柏林电视塔（德国最高的建筑）

图九 ALEX系列XUV、X-ray相机实物图

参考资料：

• 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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