虽然人们环保意识日益提高及环保执法也日趋严格，但突发性环境污染事件仍然时有发生，迫切需要发展现场分析方法与仪器对污染物进行现场分析，以便快速做出正确的防控措施。作为一类典型的环境污染物，重金属因其难以被生物降解，进入人体后将在一些器官中累积，严重危害人们身体健康。同时，重金属元素的毒性、迁移性和生物可给性不但与其总量有关，更取决其在环境中存在的化学形态。此外，元素及其形态现场分析还可以避免样品在采集、运输和储存过程中的损失和污染，提高分析结果的准确性和降低分析成本。因此，环境重金属及其形态现场分析对于获取真实环境中金属形态信息具有重要意义。传统分析方法因其体积大、能耗高以及较高的运行和制造成本，严重限制其在该领域的应用。
3D打印具有快速、精确、简便等优点，能使任意团队或科研人员按个人设想打印制造分析装置或部件，因而被广泛用于分析化学当中。同时，3D打印可为普通大众提供一个统一和标准化的仪器设计方案，能快速、经济地制造出传统技术难以实现的分析装置。更重要的是，3D打印的设计文件可以在线共享，只要一张设计图纸，便可在世界各地复制该分析装置。鉴于此，四川大学郑成斌教授团队提出利用3D打印技术制造微型微等离子体原子发射光谱分析装置（如图1所示），实现环境重金属及其形态现场分析。
图1. 3D打印集成双模式化学蒸气发生-微等离子体原子发射光谱装置。图片来源：Anal. Chem.
该工作利用3D打印技术集成了冷蒸气发生（CVG）、光化学蒸气发生（PVG）及微等离子体原子发射光谱装置（μPD-OES）。通过改变化学蒸气发生方法和条件，选择性地使汞或硒的某一形态转化为蒸气化合物，从而实现环境自然水体中汞和无机硒的现场元素形态分析。即使用极低浓度的硼氢化盐可使Hg2+选择性地还原为汞冷蒸气（Hg0），而在甲酸存在下，紫外光可使Hg2+和CH3Hg+经PVG反应产生Hg0，最终实现无机汞和总汞的形态分析。对于无机硒，在有、无纳米TiO2催化剂存在的条件下，PVG可选择性地将Se(IV)和总无机硒转化为气态产物，从而通过便携式μPD-OES实现Se(IV)和总无机硒的形态分析。通过差减法可分别获得CH3Hg+和Se(Ⅵ)的浓度。该工作构建的现场形态分析装置无需复杂色谱分离，操作简单、高效且不消耗流动相试剂。相比于传统方法搭建的微等离子体原子发射光谱装置，该方法搭建的装置具有成本低、灵敏度高、稳定性好等优点。
该工作为环境重金属及其形态现场分析提供了新的解决方案，对今后设计和发展标准式小型集成的原子发射光谱仪具有指导作用。相关成果近期发表在Anal. Chem.上，文章主要由四川大学博士研究生杨嘉慧完成，郑成斌教授为通讯作者。该工作得到国家自然科学基金委项目的资助。
Three-Dimensional Printed Dual-Mode Chemical Vapor Generation Point Discharge Optical Emission Spectrometer for Field Speciation Analyses of Mercury and Inorganic Selenium
Jiahui Yang, Yao Lin, Liangbo He, Yubin Su, Xiandeng Hou, Yurong Deng, and Chengbin Zheng*
Anal. Chem., 2021, 93, 14923–14928, DOI: 10.1021/acs.analchem.1c02023
郑成斌，四川大学教授，1998-2007在四川大学先后获得学士学位和博士学位；2007年至今在四川大学先后任讲师、副教授和教授。期间2008-2009在National Research Council Canada从事博士后研究；2015-2019在中科院生态环境研究中心从事博士后研究。
近年围绕环境分析存在的科学问题，开展现场分析新方法和新装置研究。在Angew. Chem. Int. Ed.、Environ. Sci. Technol.、Anal. Chem.、ACS Catal.等期刊上发表SCI论文120 篇，论文被引4100次；承担国家自然科学基金青年基金/面上项目/优秀青年基金、科技部重大仪器专项课题等省部级以上项目10项。授权国家发明专利10余项、美国发明专利1项；入选教育部新世纪优秀人才支持计划、四川省学术和技术带头人；担任教育部高等学校化学类专业教学指导委员会委员、Chinese Chemical Letters 执行副主编、教育部/中国科协中学生英才计划指导教师等服务工作；获中国化学会青年化学奖（2014）、中国分析测试协会奖（CAIA）二等奖（2010）等奖励。
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