近年来,重金属离子污染备受关注,环境中甚至较低的重金属离子暴露量也会对人类健康造成严重危害。因此,基于环境化学科学理论和方法学的创新突破,发展复杂体系中重金属离子的现场、快速和高灵敏检测方法一直是重要的研究课题。高灵敏的表面增强拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS）光谱技术不仅能提供分子的指纹光谱信息,且具备检测速度快、不受水干扰和谱带较窄等优点。本文以贵金属纳米材料为基础,通过对材料表面进行合理的物理化学修饰,构建了三种重金属离子(Fe³⁺、Cd²⁺、Hg²⁺)拉曼探针,实现了环境水中重金属离子的高灵敏、高选择性、快速检测。并且通过各种技术表征手段和理论计算,对重金属离子拉曼探针的检测机理进行了探究。本论文由五个部分组成,具体内容如下:（1）这部分内容主要对重金属离子的定义、分类、污染现状、污染来源、危害、现有检测方法及国内外检测应用进展进行了总结概括。对拉曼光谱的定义及原理进行了说明,就SERS技术的增强原理和基底材料进行介绍。重点介绍了SERS在水环境分析领域、特别是水环境中重金属离子检测领域的研究现状和进展。最后总结了本论文的主要工作内容和创新点。（2）以植酸修饰的纳米银（IP₆@Ag NPs）为拉曼增强试剂材料,以罗丹明6G（R6G）为拉曼信标分子,制备了新型Fe³⁺拉曼探针。探针的检测机理为,植酸分子与Fe³⁺的强络合作用可使银纳米粒子之间的距离缩小,“热点”增加,纳米粒子表面的电磁场强度提高,进而提高探针的拉曼信号,间接实现对Fe³⁺的定性和定量检测。探针对Fe³⁺的最低检测浓度为0.28 mg·L^-1,定量线性范围为11.2～39.2 mg·L^-1（R²=0.9680）。IP₆与Fe³⁺作用可形成Fe-O键,使探针有高选择性。植酸对纳米银的保护作用使探针具有较好的稳定性,3个月内性能没有降低。利用加标回收法对实际样品河水中Fe³⁺进行检测,得出回收率为86.4%和94.8%。（3）基于谷胱甘肽（GSH）和金纳米颗粒（AuNPs）构建了Cd²⁺拉曼探针R6G/GSH/AuNPs。检测机理为,在一定p H条件下,通过与AuNPs竞争,Cd²⁺与GSH形成球形四配体Cd（SG）₄,AuNPs失去GSH的保护作用后,在高盐环境中发生聚集,“热点”增加,纳米粒子间的电磁场强度增加,R6G的拉曼信号增强,从而间接实现对Cd²⁺的拉曼检测。Cd²⁺与GSH间的强络合作用使该探针具有较强的检测灵敏度,对Cd²⁺的检测限为10μg·L^-1,定量分析范围为0.5～20mg·L^-1（R²=0.9930）。其它金属离子与GSH形成线型二配体GS-M-SG,因此探针对Cd²⁺检测有较高的选择性。此外,探针对Cd²⁺的检测具有很高的可重现性,30次重复实验结果之间的相对标准偏差RSD=6.3%。利用加标回收法对实际样品河水中Cd²⁺进行检测,得出回收率在85.0%～107.1%之间。并且可以结合便携式拉曼光谱仪完成对河水中Cd²⁺的快速、准确检测。（4）通过在金膜（AuNPs/ITO）表面修饰4-巯基吡啶（4-Mpy）构建了Hg²⁺拉曼探针芯片4-Mpy/AuNPs/ITO。检测机理为,Hg²⁺通过与4-Mpy分子中的氮原子“N”作用形成二配体复合物Hg（Mpy）₂,改变了吡啶环中的电子分布及分子在金膜表面的吸附构型,使其倾向更垂直于金膜的方向,根据拉曼选律,此时拉曼信号增强,从而可间接实现对Hg²⁺的拉曼检测。AuNPs固定在ITO表面,使探针芯片具有很强的稳定性,室温下40天内性能几乎不变。Hg²⁺与4-Mpy分子间的特异性强相互作用使探针芯片具有较高的检测灵敏度和选择性,对Hg²⁺的检测限为1 ng·L^-1,检测过程中不受水体中其它成分干扰。在浓度区间1 ng·L^-1～100μg·L^-1（R²=0.9896）范围内可实现定量检测。利用加标回收法对河水中Hg²⁺进行检测分析,回收率在92.9%～104%之间。结合便携式拉曼光谱仪完成了对河水中Hg²⁺的检测。利用EDTA与Hg²⁺间的强络合作用,实现了探针芯片的多次循环使用。（5）总结了本论文的主要研究内容,对本论文中构建的几种重金属离子拉曼探针的优缺点进行了梳理。此外,对研究方法中存在的科学问题进行了总结和思考,针对重金属离子检测方法的发展方向提出了自己的看法和展望。主要是在其它重金属离子拉曼探针的设计构建上还有很大的研究空间,针对多组分重金属离子同时检测,还可以设计双重或多重重金属离子拉曼探针集成探针芯片,结合便携式拉曼光谱仪,有望实现重金属离子的现场、快速、高灵敏检测。