基于4D打印磁控自动化固相萃取装置与ICP-MS联用的多痕量金属分析新方法

本文报道了一种创新性的4D打印磁控自动化固相萃取（SPE）装置，该装置通过温控磁致动开关阀实现流体定向控制，并与电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）联用，成功实现了对Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb等7种痕量金属的高灵敏度检测（检测限0.3-2.8 ng L?1）。该技术利用四氧化三铁（Fe3O4）纳米颗粒掺杂的聚乳酸（PLA）材料，通过多材料熔融沉积建模（FDM）4D打印技术一体化成型，为复杂样品（海水、尿液等）中痕量金属分析提供了自动化、低污染、高可靠性的解决方案。

　　

亮点

本研究创新性地采用多材料熔融沉积建模（FDM）四维打印（4DP）技术，结合四氧化三铁（Fe₃O₄）纳米颗粒掺杂的聚乳酸（PLA）长丝和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）长丝，制造了一体化固相萃取（SPE）装置。该装置集成了流路管路、整体柱填料以及四个温控磁致动开关阀，其核心在于锤形悬臂梁的巧妙设计。当向悬臂梁内部腔室注入温水（温度高于PLA的玻璃化转变温度T_g）时，施加的外部磁场能诱导悬臂梁弯曲，从而实现流路方向的切换。撤去磁场后，悬臂梁恢复原状，流路方向也随之复位，实现了磁控流体操作的可逆性。

4D打印温控磁致动SPE装置

我们利用多材料FDM 4DP技术以及热磁响应性Fe₃O₄ NP掺杂PLA长丝，制造了一种SPE装置。该装置配备了四个温控磁致动开关阀，用于控制样品和洗脱液流经整体柱填料的过程，从而实现了多痕量金属分析中固相萃取步骤的自动化。我们对Fe₃O₄ NP掺杂PLA长丝的组成、磁致动条件以及

结论

我们利用FDM 4DP技术和热磁响应长丝，开发了一种温控磁致动SPE装置，并将其与ICP-MS联用，实现了对实际样品中金属离子的高灵敏、可靠且无干扰的测定。与已报道的采用商业阀门的自动化SPE系统或采用传统方法制造阀门的系统相比，该装置具有多项优势。首先，该装置的所有部件均使用一台FDM