荧光探针的研究在光学传感器的发展中一直占据重要地位。在过去的十几年中,有关光学探针的研究得到了飞速发展,各种有机染料、共轭聚合物、半导体量子点和贵金属纳米微粒作为荧光探针已大量用于各种分析之中,这些探针具有快速、灵敏、荧光效率高等优点,但是仍然存在一些不足,比如,有机染料和共轭聚合物的光稳定性有待提高,而且多数都涉及到复杂的化学合成；半导体量子点的毒性大。近年来,介于分子和纳米材料之间的金属纳米簇受到广泛关注,主要原因是其尺寸接近于费米波长,具有类似于分子的荧光特性,并且合成方法简单、良好的生物相容性等。因此,金属纳米簇作为荧光探针有诱人的发展前景,目前的研究主要集中在贵金属纳米簇,尤其是金及银纳米簇,尽管它们在分析化学中的应用已有大量报道,但是如何制备高稳定性及高量子产率的纳米簇仍然是一个瓶颈,而且有关铜纳米簇的研究较少。因此,研究合成高稳定性及高量子产率铜纳米簇的方法,并探索其作为荧光探针识别金属离子和阴离子的工作具有重要意义。为此,本论文以铜纳米簇荧光探针为重点,开展了：1)、基于小分子的荧光探针识别Cu2+的研究；2)、基于功能化银纳米的光散射探针同时测定Pb2+和半胱氨酸的研究；3)、利用简单方法合成了荧光铜纳米簇,探索了其作为荧光探针的可行性。根据以上结果,构建了新的测定金属离子和阴离子的光学传感器,并成功将其用于环境分析和生化分析之中。全文共六章,主要内容如下：第一章：文献综述和选题依据。简要介绍了1)近年来基于金属纳米材料的光学传感器的构建及其分析应用；2)金属纳米簇的合成、荧光性质、分析应用及其存在的问题。根据文献分析结果,提出本论文的选题依据。第二章：开展了基于小分子荧光性质的方法识别Cu2+的研究,实验发现在碱性条件下,Cu2+对过氧化氢氧化对甲基苯酚具有高效的催化能力,甲基苯酚的氧化产物2,2’-二羟基-5,5’-二甲基联苯具有强的荧光。通过甲基苯酚-过氧化氢体系的荧光光谱表明Cu2+具有催化能力。据此,建立了一种简单、灵敏和选择性好的测定Cu2+的荧光分析方法。在优化条件下,测定Cu2+的线性范围为0.3μM-50μM,检出限为10nM。对7μM的Cu2+重复测定15次,其相对标准偏差为2.1%。将上述方法应用于湖水,江水和游泳池水中微量Cu2+的测定,并获得了满意结果,并且测定结果与原子吸收方法测定结果很吻合。第三章：开展了基于功能化银纳米的光散射探针同时测定pb2+和半胱氨酸的研究,其基本原理是：二硫代氨基甲酸盐有强的金属亲和力,当pb2+与二硫代氨基甲酸盐功能化的Ag NPs作用时,促使DTC-Ag NPs团聚,从而使Ag NPs的共振光散射信号增强,可用于识别pb2+。加入半胱氨酸时,由于半胱氨酸与pb2+形成更强的Pb-S键,使得pb2+从DTC-Ag NPs表面脱离下来,导致DTC-Ag NPs重新分散在水溶液中,致使Ag NPs的共振光散射信号降低,可用于识别半胱氨酸。通过直接将二硫化碳和二乙醇胺作为前体分子在超声条件下充分混合即可原位合成二硫代氨基甲酸盐。研究了溶液的pH.DTC-Ag NPs的浓度和离子强度对共振光散射体系的影响。在优化条件下,功能化银纳米探针测定pb2+的线性范围为O.01μM-60μM,检出限可达4nM。本方法具有选择性好、线性响应范围宽、灵敏度高等特点。用于河水和自来水中pb2+的测定,获得满意结果。同时研究了基于功能化银纳米光散射探针用于检测半胱氨酸的可行性。第四章：提出了室温下一步法简单、方便制备酒石酸稳定的水溶性荧光铜纳米簇(Cu NCs)的合成新方法,并且用UV-Vis吸收光谱、高分辨透射电镜、动力学光散射及FT-IR等对其进行了表征,其荧光量子产率为2.2%。加入酒石酸作为稳定剂是为了防止Cu NCs的聚集和氧化,并且增加其水溶性和稳定性,研究表明即使在1M NaCl的高离子强度溶液中,Cu NCs的荧光强度也保持不变。进一步研究表明,经过简单的酒石酸表面修饰的铜纳米簇能够高选择性识别A13+,其它常见的金属共存离子对Al3+的识别影响很小。其机理可能是A13+与Cu NCs表面的羧基和羟基作用,导致铜纳米簇的荧光增强并且波长发生蓝移；详细研究了各因素对Cu NCs识别Al3+的影响,获得了优化条件,在此条件下,本法对A13+的检出限可达12.5nM。另外,由于F-与Al3+具有更强的亲和力,当有F-存在时,使得Al3+脱离酒石酸稳定的Cu NCs表面,释放Cu NCs,伴随着荧光强度的降低和波长的红移。详细研究了各因素对Cu NCs识别F-的影响,并且探讨了本法用于传感检测F-的可行性。以上结果表明,本文合成的酒石酸-Cu NCs可作为荧光探针用于同时测定A13+和F-本方法具有简单、快速、灵敏高、选择性好。第五章：为得到高荧光量子产率的铜纳米簇,提出了一步法合成单宁酸(TA)功能化的铜纳米簇(TA-Cu NCs),通过紫外可见光谱、红外光谱(FT-IR)、荧光光谱、TEM和XPS等手段对其进行一系列表征。TA-Cu NCs在激发波长为360nm,发射波长430nm处具有强的荧光,其量子产量为14%。TA-Cu NCs在0.3M的NaCl水溶液中仍然稳定存在,并且其荧光强度不受pH影响。通过电子传递的作用,Fe3+能使TA-Cu NCs的荧光发生猝灭,然而其他金属离子并没有这种效果。换言之,Fe2+或是H202单独加入都不能改变TA-Cu NCs的荧光,但是如果二者混合就能导致TA-Cu NCs的荧光猝灭。基于此,TA-Cu NCs能够用于构建区分Fe3+、Fe2+以及它们的混合物的分子逻辑门系统。这个简单的化学传感器能够快速、灵敏地和选择性地用于测定Fe3+,测定Fe3+的线性范围为10nM-10μM,检出下限低至10nM。同时,将本法用于实际水样中Fe3+和Fe2+的测定,获得满意结果。为进一步探索高荧光量子产率的TA-Cu NCs在活体细胞成像中的应用潜力,用CCK-8方法评价了TA-Cu NCs对A549细胞的毒性,结果表明,即使使用10μM TA-Cu NCs,对A549细胞的成活率(100%)几乎无影响,表明其细胞毒性低,有良好的生物相容性,可用于活细胞成像,检测细胞中的Fe3+。第六章：开展了利用TA-Cu NCs作为荧光开关探针识别磷酸根的研究。其基本原理是：磷酸根与TA-Cu NCs竞争性结合Eu3+。Eu3+存在下,Eu3+能够通过与相邻TA-Cu NCs表面的羧基和羟基结合导致其发生团聚,使TA-Cu NCs的荧光猝灭；当加入磷酸根时,由于Eu3+与磷酸根的亲和力大于与TA-Cu NCs羧基的结合力,磷酸根能将Eu3+从TA-Cu NCs的表面拉下来,使得TA-Cu NCs的荧光恢复。因此,借助Eu3+, TA-Cu NCs可作为荧光开关探针识别磷酸根。通过优化各种实验条件后,得出TA-Cu NCs荧光探针检测磷酸根的线性范围为0.07～80μM,检出限可达9.6nM。基于TA-Cu NCs与Eu3+联合建立了选择性好,灵敏度高的测定磷酸根的荧光法,并成功用于实际水样中磷酸根的测定。