3D打印技术在微型化、智能化环境分析仪器研制中的应用

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作者 冯锦聪 王丁一 +1 位作者 李莹莹 江桂斌 《分析测试学报》 北大核心 2025年第9期1769-1777,共9页

为满足现场快速检测、高通量操作及智能数据处理需求,微型化与智能化已成为环境分析仪器的重要发展方向。然而,传统研发模式面临周期长、成本高、定制化难等问题,3D打印、计算机辅助设计和人工智能等数字化技术的发展与融合为环境分析... 为满足现场快速检测、高通量操作及智能数据处理需求,微型化与智能化已成为环境分析仪器的重要发展方向。然而,传统研发模式面临周期长、成本高、定制化难等问题,3D打印、计算机辅助设计和人工智能等数字化技术的发展与融合为环境分析仪器革新提供了新途径。3D打印可大幅缩短“设计-加工-优化”周期,降低成本,能够实现个性化设计及复杂微结构的精准制造,为环境分析仪器的微型化及智能化奠定硬件基础。此外,3D打印集成其他数字化技术有望推动检测网络构建与云端协同分析。该文总结了3D打印在个性化环境分析仪器研制中的研究进展,并展望了未来发展趋势及挑战,以期为今后微型化、智能化环境分析仪器的开发提供新思路。 展开更多

关键词 环境分析仪器研制 3D打印 微型化 智能化 数字化技术

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铝灰基陶粒AlN高温发泡规律与机理研究

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作者 胡好 朱星翰 +2 位作者 杨玉飞 杨金忠 王亚韡 《环境科学研究》 北大核心 2025年第7期1599-1611,共13页

陶粒是全量化、绿色化消纳二次铝灰的重要途径,然而,烧结陶粒过程中的发泡行为及其影响因素尚不清晰。本研究以二次铝灰(SAD)为主要原料,结合飞灰、底渣制备多孔玻璃陶粒,采用单因素实验方法及热重-傅里叶红外联用技术、X射线衍射技术... 陶粒是全量化、绿色化消纳二次铝灰的重要途径,然而,烧结陶粒过程中的发泡行为及其影响因素尚不清晰。本研究以二次铝灰(SAD)为主要原料,结合飞灰、底渣制备多孔玻璃陶粒,采用单因素实验方法及热重-傅里叶红外联用技术、X射线衍射技术、傅里叶红外光谱、压汞法表征技术,系统探究AlN的高温原位发泡机理及工艺参数对陶粒微观结构的影响规律。结果表明:①AlN在烧结过程中氧化生成N_(2),并通过碱性氧化物调控硅铝酸盐熔体黏度,协同形成均匀孔隙;熔体黏度降低与Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-CaO-MgO体系晶相生成(莫来石、尖晶石)共同优化陶粒微观结构的致密性。②单因素实验表明,硅铝比对AlN发泡过程的气泡形成与稳定机制具有决定性作用,而烧结温度和烧结时间通过调控液相生成速率与反应动力学辅助优化孔结构。③烧结温度1260℃、颗粒粒径2.0 cm、硅铝比2.0及烧结时间20 min为最优高温烧制工艺参数组合,该条件下制得陶粒的孔隙率可达33.7%,孔径集中于300~1000 nm,玻璃网络聚合度较高。研究显示,铝灰高温发泡机理可高效制备多孔玻璃陶粒,工艺参数通过调控AlN氧化动力学与熔体-晶相协同作用机制,可精准设计陶粒功能化孔隙结构。研究结果可为铝灰资源化提供无需外源发泡剂的全量化利用方案,较传统工艺生产成本低,同时可为危险废物高值化利用及轻质建材开发提供理论支撑与技术路径。 展开更多

关键词 二次铝灰 多孔玻璃陶粒 高温原位发泡 氮化铝 孔隙结构

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典型PFAS的肝毒性和脂代谢干扰效应研究进展

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作者 尹乐陶 陈宣樾 秦占芬 《生态毒理学报》 北大核心 2025年第3期80-92,共13页

很多文献都报道了全氟和多氟烷基化合物(per-and polyfluoroalkyl substances,PFAS)的肝毒性和脂代谢干扰效应。本文以全氟辛烷磺酸(perfluorooctane sulfonic acid,PFOS)和全氟辛酸(perfluorooctanoic acid,PFOA)2种典型PFAS为例,综述P... 很多文献都报道了全氟和多氟烷基化合物(per-and polyfluoroalkyl substances,PFAS)的肝毒性和脂代谢干扰效应。本文以全氟辛烷磺酸(perfluorooctane sulfonic acid,PFOS)和全氟辛酸(perfluorooctanoic acid,PFOA)2种典型PFAS为例,综述PFAS对哺乳动物肝毒性和脂代谢干扰效应的研究进展,重点关注相对肝脏质量、组织结构以及血清丙氨酸转氨酶(alanine amino-transferase,ALT)、天冬氨酸转氨酶(aspartate aminotransferase,AST)、总甘油三酯(total triglyceride,TG)和总胆固醇(total cholesterol,TC)水平6个指标,分析它们在不同文献中的剂量-效应和时间-效应以及共性的规律。结果发现,相对肝脏质量增加和组织学结构变化尤其是脂累积在所有文献中呈现一致的结果,并表现出明显的剂量依赖性和时间依赖性,是PFOS和PFOA肝脏毒性最敏感的指标。血清ALT水平和AST水平增加只在部分文献中报道,一般出现在较高剂量、较长时间暴露的动物中。而血清TC和TG水平的变化出现不一致甚至相反的结果,显示这2个指标对PFAS不敏感。此外,本文对典型PFAS的肝毒性机制研究进行了总结和讨论,提出PFAS肝毒性的分子起始事件和过氧化物酶体增殖激活受体α(PPARα)激活以外的其他关键事件还需要进一步研究。 展开更多

关键词 全氟和多氟烷基化合物 哺乳动物 肝毒性 脂代谢干扰

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垃圾填埋场周边环境中传统及改性硅氧烷的分布与迁移特征

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作者 任君焘 雷江含 +5 位作者 刘楠楠 徐琳 邱春生 陈旭 张亚平 李成龙 《环境化学》 2025年第9期2503-2512,共10页

因其巨大的产量和潜在的健康效应,硅氧烷类化合物的环境排放近年来引起广泛关注.此类化合物在日常消费品和工业过程中的广泛大量应用,促其可随垃圾处置进入垃圾填埋场,进而有可能随填埋气和渗滤液迁移进入周边环境.本文系统研究了我国... 因其巨大的产量和潜在的健康效应,硅氧烷类化合物的环境排放近年来引起广泛关注.此类化合物在日常消费品和工业过程中的广泛大量应用,促其可随垃圾处置进入垃圾填埋场,进而有可能随填埋气和渗滤液迁移进入周边环境.本文系统研究了我国生活垃圾填埋场区域环境中传统二甲基硅氧烷(DMS,D4、D5、D6)及其改性产品-苯基甲基硅氧烷(PMS,cis-P3、trans-P3、cis-P4、trans-P4a、trans-P4b、trans-P4c)的分布特征以及水平/垂直迁移行为.总苯基甲基硅氧烷(ΣPMS)在垃圾填埋场填埋气(0.893—1.85 g·m^(-3))和渗滤液(163—329 ng·L^(-1))中的浓度比总二甲基硅氧烷(ΣDMS)低2—5个数量级.填埋气和渗滤液中PMS顺式异构体占比(cis-P3=27%—38%,cis-P4=17%—21%)大于其在产品中的理论值(cis-P3=25%,cis-P4=12.5%),表明垃圾中顺式异构体的释放速度高于反式异构体.填埋场下风向大气总悬浮颗粒物中PMS的远距离衰减速度比DMS快1.02—1.07倍.填埋场周边土壤与悬浮颗粒物中总硅氧烷(ΣPMS+DMS)浓度正相关(R=0.75),表明颗粒物沉降是土壤中硅氧烷的重要来源.除母体外,本文同时分析了DMS和PMS典型降解产物Me_(2)Si(OH)_(2)和PhMeSi(OH)_(2),发现土壤中Me_(2)Si(OH)_(2)/ΣDMS比PhMeSi(OH)_(2)/ΣPMS高2.4—9.6倍,表明PMS的降解速度慢于DMS,其在土壤中的累积需引起重视.80—100 cm深度土壤中Me_(2)Si(OH)_(2)和PhMeSi(OH)_(2)总占比(98%—99%)明显高于两者在0—20 cm土壤中的占比(83%—87%),意味着硅氧烷羟基化降解产物在土壤中的垂直迁移能力强于母体,其对于地下水安全风险的影响亟需进一步评估. 展开更多

关键词 硅氧烷 垃圾填埋场 多环境介质 降解产物 迁移

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四类典型新污染物的微生物转化研究进展

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作者 郭蒙绮 姚林林 史建波 《环境化学》 2025年第10期3784-3806,共23页

环境微生物在污染物自然衰减过程中发挥着关键作用,近年来,其转化与降解功能被广泛应用于环境污染去除修复领域.由于新污染物缺乏有效管控、分布广泛以及潜在生态与健康风险等特点,其在环境中的迁移转化行为、归趋及去除已成为环境科学... 环境微生物在污染物自然衰减过程中发挥着关键作用,近年来,其转化与降解功能被广泛应用于环境污染去除修复领域.由于新污染物缺乏有效管控、分布广泛以及潜在生态与健康风险等特点,其在环境中的迁移转化行为、归趋及去除已成为环境科学研究的前沿热点.本文针对溴代阻燃剂、全氟及多氟烷基物质、抗生素以及短链氯化石蜡四类新污染物,系统梳理了其微生物转化与降解的研究进展,包括功能微生物、转化路径、关键影响因素以及微生物去除强化技术,同时,从科学理论和实际应用的角度对未来的研究重点和趋势进行了展望. 展开更多

关键词 新污染物 环境分布 功能微生物 转化途径 影响因素.

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倪哲明先生与电热原子吸收基体改进效应研究

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作者 何滨 严秀平 +1 位作者 江桂斌 乐晓春 《环境化学》 2025年第10期3539-3543,共5页

基体改进剂的创新显著提高了电热原子吸收光谱法(ETAAS)对挥发性和半挥发性元素的高灵敏度和高准确度测定.早在20世纪70年代,倪哲明先生就认识到了ETAAS中基体干扰的关键问题,开创了贵金属基体改进效应研究.在随后40年的原子光谱研究工... 基体改进剂的创新显著提高了电热原子吸收光谱法(ETAAS)对挥发性和半挥发性元素的高灵敏度和高准确度测定.早在20世纪70年代,倪哲明先生就认识到了ETAAS中基体干扰的关键问题,开创了贵金属基体改进效应研究.在随后40年的原子光谱研究工作中,倪先生对该领域的重要贡献涵盖甚广:从基体改进效应基础理论研究,到面向实际应用的新型分析方法开发皆在其列.基体改进剂的引入,如钯等贵金属基体改进剂,显著提高了挥发性分析元素在石墨炉中的热稳定性.保持分析物在较高的温度下仍然稳定使得在ETAAS测定中能够提高灰化温度,有效去除了样品基质成分并消除基质干扰,而不损失分析物元素.由此,分析灵敏度和准确度均得到显著提高.倪先生团队开发的方法实现了多种生物和环境样品中砷、锑、铋、镉、锗、铅、锂、汞、硒、银和碲等痕量元素的准确测定.自20世纪70年代末首次引入基体改进剂以来,基体改进策略现已成为ETAAS的标准方法,由此发展的技术已被广泛用于痕量易挥发及中等挥发性元素的分析.倪哲明先生以其创新性的研究和奠基性的贡献而被公认为该领域的先驱. 展开更多

关键词 原子吸收光谱法 电热原子化 环境样品 石墨炉 基体改进剂 痕量分析 挥发性元素.

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3D打印SPE柱用于重金属汞的在线富集和ICP-MS检测

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作者 张亭亭 李莹莹 +4 位作者 王颖 田皓中 郭华 王丁一 胡立刚 《环境化学》 2025年第10期3634-3641,共8页

本研究成功制备了一种基于选择性激光烧结(SLS)和立体光固化成型(SLA)技术的3D打印固相萃取(3DP SPE)柱,并构建了与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)联用的在线富集系统,用于水体中汞(Hg^(2+))的高效富集和检测.具体而言,采用SLS技术制备... 本研究成功制备了一种基于选择性激光烧结(SLS)和立体光固化成型(SLA)技术的3D打印固相萃取(3DP SPE)柱,并构建了与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)联用的在线富集系统,用于水体中汞(Hg^(2+))的高效富集和检测.具体而言,采用SLS技术制备具有分级孔隙结构的3DP SPE柱芯,并与通过SLA技术制备的柱壳组装,形成适用于在线分析的3DP SPE柱.为进一步提升富集效果,利用双硫腙的疏水-螯合特性对3DP SPE柱进行在线修饰,实现了对Hg^(2+)的选择性捕获.随后,以2-巯基乙醇(2-ME)作为洗脱剂和流动相,将富集在3DP SPE柱上的汞离子洗脱并引入ICP-MS进行定量分析.实验结果表明,在0.04—10.00 ng·mL^(−1)的浓度范围内,Hg^(2+)的浓度-响应线性关系良好,相关系数R^(2)为0.992.以商品化的C_(18)固相萃取(C_(18) SPE)柱为基准,计算得出本研究中3DP SPE柱的富集倍数为58.本研究为水体中痕量汞的快速检测提供了新方法. 展开更多

关键词 3D 打印 SPE 柱 汞 在线富集 ICP-MS 检测.

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基于sp-ICP-MS技术表征小鼠体内颗粒态铀的分布特征

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作者 王瑞霞 徐明 王秋泉 《环境化学》 2025年第10期3568-3575,共8页

经口暴露是铀(uranium,U)的人体主要暴露途径之一.尽管已有不少研究针对器官和细胞内铀的化学形态开展过探索,发现离子态铀可在生理条件下转化为颗粒态铀(如铀纳米颗粒),但其体内分布特征及颗粒组成尚不得而知.本项研究利用小鼠作为动... 经口暴露是铀(uranium,U)的人体主要暴露途径之一.尽管已有不少研究针对器官和细胞内铀的化学形态开展过探索,发现离子态铀可在生理条件下转化为颗粒态铀(如铀纳米颗粒),但其体内分布特征及颗粒组成尚不得而知.本项研究利用小鼠作为动物模型,通过饮用水对其进行了为期28 d的六价铀(U(VI))暴露,并采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)定量评价了主要器官和组织内铀的分布特征.实验结果显示,铀的累积水平从高到底依次为:肠>胃>肾脏>肝脏>肺脏>肌肉>脾脏>心脏.继而,考察并评价了生物组织中颗粒态铀的提取方法,排除了潜在的干扰.最后,利用单颗粒ICP-MS(sp-ICPMS)技术检测肠、胃和肾脏组织中的颗粒态铀,发现胃和肾脏组织中的铀主要以离子态存在,而肠道组织中存在颗粒态铀,颗粒浓度达到1.6×10^(4)—1.9×10^(4) particles·g^(−1).研究发现说明,经口暴露后,在胃肠道的转运和吸收过程中,U(VI)可由离子态转化为颗粒态,具体机理有待进一步揭示. 展开更多

关键词 铀 经口暴露 电感耦合等离子体质谱 单颗粒分析 健康风险.

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镍钴锰酸锂(523)纳米颗粒的肺细胞毒性效应及机制初探

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作者 陈若兰 张振勇 +2 位作者 梅杨 刘寅 赵斌 《环境化学》 2025年第9期2160-2170,共11页

随着新能源产业的快速发展,锂离子电池的使用和废弃量逐年增加.作为锂离子电池的重要组成部分,纳米级正极材料(如镍钴锰酸锂,NCM523)含有多种重金属元素,已被证实对肺部和肾脏具有毒性.然而,关于其毒性机制的研究仍相对不足.本文旨在探... 随着新能源产业的快速发展,锂离子电池的使用和废弃量逐年增加.作为锂离子电池的重要组成部分,纳米级正极材料(如镍钴锰酸锂,NCM523)含有多种重金属元素,已被证实对肺部和肾脏具有毒性.然而,关于其毒性机制的研究仍相对不足.本文旨在探讨以NCM523为代表的三元锂离子电池正极材料对肺细胞(H460人类肺癌细胞株)的毒性效应及潜在机制.表征结果显示,NCM523为层状结构的复合金属氧化物纳米片,厚度约为5 nm,尺寸约为150 nm.细胞活力实验表明,NCM523对肺细胞具有显著的毒性效应,与颗粒态NCM523相比(EC_(50):24.72 mg·L^(-1)±1.19 mg·L^(-1)),其对应完全释放的金属离子表现出更为严重的毒性(EC_(50):9.08 mg·L^(-1)±1.32 mg·L^(-1)),毒性强度约为颗粒物的2.7倍.因此,NCM523在细胞毒性的大小受其形态(颗粒或离子)的显著影响.进一步的细胞摄取动力学和金属元素形态分析表明,NCM523颗粒可进入肺细胞,并在其中发生溶解和蓄积.初步研究证实,NCM523的毒性由其在胞内释放的离子和颗粒物共同作用引起.在非致死剂量下,5 mg·L^(-1)的NCM523暴露H460细胞后,通过分析细胞凋亡程度和活性氧(ROS)的水平发现,颗粒物及其对应的离子形式均未引起显著的细胞凋亡,但却增加了细胞内ROS水平,且离子形式引起的ROS水平显著高于颗粒物.本研究结果有助于完善锂离子电池正极材料环境暴露的健康风险评估,为设计更为安全、环保的正极纳米材料提供数据支持和理论指导. 展开更多

关键词 锂离子电池正极纳米材料 呼吸暴露 离子释放 细胞凋亡 氧化应激

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生物样本中塑料颗粒的分析方法挑战

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作者 代思波 燕少玮 +3 位作者 于皓 文昊楠 刘倩 江桂斌 《环境化学》 2025年第10期3544-3559,共16页

随着环境中塑料的持续累积,塑料颗粒对生物及人体健康的潜在风险日益凸显.精准分析生物样本中的塑料颗粒是评估其健康影响的关键环节.本文系统综述了生物样本中塑料颗粒的分析方法,包括样品前处理与质量控制程序,以及扫描电子显微镜-能... 随着环境中塑料的持续累积,塑料颗粒对生物及人体健康的潜在风险日益凸显.精准分析生物样本中的塑料颗粒是评估其健康影响的关键环节.本文系统综述了生物样本中塑料颗粒的分析方法,包括样品前处理与质量控制程序,以及扫描电子显微镜-能量色散光谱、傅里叶变换红外光谱、显微拉曼光谱、激光红外直接成像和热裂解-气相色谱质谱联用等检测技术,评述了各类方法的优势与局限性.当前分析面临分辨率不足、基质干扰、标准化缺失等挑战.新兴技术结合人工智能可提升检测精度与效率.研究范式需从单一污染物转向复合污染物视角,关注塑料颗粒携带的添加剂、微生物及毒性协同效应.未来需建立标准化流程,深化光谱-质谱联用技术,并结合机器学习推动塑料颗粒的精准风险评估与污染防控. 展开更多

关键词 微塑料 纳塑料 生物样本 人工智能.

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GC-TOF/MS测定水体和沉积物中27种多溴联苯醚及胶州湾多溴联苯醚含量的测定

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作者 王可心 陈安娜 +1 位作者 李英明 李雁宾 《环境化学》 2025年第9期2267-2279,共13页

建立了气相色谱-飞行时间质谱仪(GC-TOF/MS)测定水体和沉积物中27种多溴联苯醚(PBDEs)的方法,通过一系列条件优化,得到最佳的仪器参数为程序升温、脉冲不分流模式、进样口温度260℃、传输线温度280℃、离子源温度230℃、采集频率1 Hz、... 建立了气相色谱-飞行时间质谱仪(GC-TOF/MS)测定水体和沉积物中27种多溴联苯醚(PBDEs)的方法,通过一系列条件优化,得到最佳的仪器参数为程序升温、脉冲不分流模式、进样口温度260℃、传输线温度280℃、离子源温度230℃、采集频率1 Hz、离子能量37 eV(LE-EI源的LE模式即低能量模式).充分的净化可显著提高BDE-209的响应并减少干扰物影响.27种PBDEs的检出限为0.003—0.093 ng·L^(-1)(水体)和0.001—0.098 ng·g^(-1)(沉积物),目标物的平均回收率为70.2%—135%,相对标准偏差为0.213%—26.6%.应用构建方法测定了胶州湾水体和沉积物中多溴联苯醚的含量,结果显示,Σ_(27)PBDEs在水体中浓度为nd(未检出)—1.91 ng·L^(-1),沉积物中含量为1.45—221 ng·g^(-1);PBDEs空间上呈东部高于西部的分布特征,主要受人为排放控制;与其他河口及海湾相比,胶州湾PBDEs污染处于较高水平. 展开更多

关键词 多溴联苯醚 气相色谱-飞行时间质谱仪 水体 沉积物 胶州湾

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甲基汞与无机汞在生物体内传输的差异:对其毒性的潜在影响

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作者 张佳澳 方莹莹 +8 位作者 苑敏 郭华 刘丽红 阴永光 梁勇 史建波 何滨 胡立刚 江桂斌 《环境化学》 2025年第10期3642-3657,共16页

汞的环境健康问题广受关注,其存在多种化学形态,甲基汞和离子态无机汞为最常见的两种,其中甲基汞毒性更强.尽管目前在汞的毒性、传输方式和靶点等研究方面已经取得一定进展,但受限于研究手段,认识尚不完全;且对甲基汞与无机汞毒性差异... 汞的环境健康问题广受关注,其存在多种化学形态,甲基汞和离子态无机汞为最常见的两种,其中甲基汞毒性更强.尽管目前在汞的毒性、传输方式和靶点等研究方面已经取得一定进展,但受限于研究手段,认识尚不完全;且对甲基汞与无机汞毒性差异的机制理解不深入.本文首先从二者在细胞内赋存量的差异出发,从传输方式与靶点两个角度系统讨论了不同形态汞在生物体内的传输行为差异,重点解释了甲基汞高累积性的原因,并详细总结了影响汞与靶点亲和力的因素.未来的研究应进一步继续深化对汞传输方式、靶点和分布差异的理解,并进一步揭示其内在关系,从而加深对汞毒性差异的认知. 展开更多

关键词 汞 赋存量 传输方式 靶点.

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