我国工业化的大力发展使得重金属离子不可避免地应用于工业生产的各个领域,其引起的环境污染问题也备受关注。基于重金属具有高毒性、难降解、易沉积的特点,即使环境中存在较低浓度的重金属离子也会对人体健康和生态系统造成严重危害,因此发展一种能定量、精准、实时检测环境重金属离子的方法是极其重要的。荧光分析法由于操作简单、易于设计和灵敏度高等优点而备受人们青睐,在荧光分析法中比率型荧光探针通过建立内标削弱了环境因素的干扰,不但能提高检测灵敏度,而且可以实现对重金属离子的定量检测和可视化检测。因此本论文以重金属离子Cu2+、Hg2+、Pb2+、Fe3+为检测目标设计了三种比率型荧光探针,主要内容如下:1、基于荧光内过滤效应设计了一种检测Cu2+的比率型荧光探针。以柠檬酸和尿素为原料水热合成了蓝色荧光的氮掺杂的碳量子点（N-CDs）,以二氢硫辛酸为模板,硼氢化钠为还原剂合成了红色荧光的银纳米团簇（AgNCs）,通过将N-CDs与AgNCs以1:10的比率混合得到了N-CDs/AgNCs比率型荧光探针。由于N-CDs的发射峰和AgNCs的紫外吸收峰重叠,混合后的探针会由于内过滤效应的存在,导致N-CDs的蓝色荧光极大地削弱。加入Cu2+后,由于谷胱甘肽（GSH）和Cu2+之间存在强烈的鳌合作用,AgNCs特异性聚集并且尺寸增加,导致AgNCs的荧光猝灭。同时,Cu2+的加入亦会引起AgNCs紫外吸收峰降低,削弱AgNCs与N-CDs之间的内过滤效应,使得N-CDs的荧光得以恢复。随着Cu2+浓度的增加,紫外灯下可以清楚地观测到探针颜色由粉色逐步变化为蓝色。当Cu2+浓度在6-14μM范围时,探针显示出良好的线性,检测限低至0.16μM。该探针为Cu2+的可视化定量检测提供了新思路。2、设计了一种能同时检测Hg2+和Pb2+的比率型荧光探针。以聚丙烯酰胺和柠檬酸钠为原料合成了具有蓝色荧光的碳点（CDs）,以谷胱甘肽和氯金酸为原料合成了具有橙色荧光的金纳米团簇（AuNCs）,将二者等比例混合得到了CDs/AuNCs比率型荧光探针。当Hg2+存在时,由于Hg2+和Au+之间存在强烈的嗜金属作用将大幅猝灭AuNCs的荧光,而CDs的荧光不受影响,可以作为内标。相反,当Pb2+存在时,Pb2+通过与CDs形成没有荧光的复合物使得CDs的荧光猝灭,而AuNCs作为参比信号其荧光不受影响。该探针对Hg2+和Pb2+均具有高的选择性和敏感性,通过计算得到探针对Hg2+和Pb2+的检测限分别为2.56 nM和5 nM。此外,本文创新性地将Ag+引入到检测体系,由于Au+-Ag+键的结合力比Au+-Hg2+键更强,通过加入Ag+可有效避免Hg2+和Pb2+在检测过程中存在的互相干扰问题。3、利用金属有机骨架的客体装载作用,通过吸附法将罗丹明6G（R6G）与氨基官能化的铜基金属有机骨架（Cu-MOF-NH2）结合得到R6G/Cu-MOF-NH2复合材料,并用于Fe3+的比率型荧光检测。其中,R6G作为内标信号对Fe3+不敏感,而Cu-MOF-NH2对Fe3+具有特异性识别。当Fe3+存在时,R6G的黄色荧光（558 nm）没有改变而Cu-MOF-NH2的蓝色荧光（445 nm）会被Fe3+快速猝灭。由于Cu-MOF-NH2的富集作用,探针对Fe3+的检测限低至50 nM。线性检测范围为3-100μM。此外,利用此探针对实际水样（自来水和湖水）中进行了加标试验,结果显示回收率达到了95.76%-110.24%,表明该探针具有环境水样检测的潜力。图47幅,表7个,参考文献107篇。