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荧光探针检测技术具有操作简单、选择性好、灵敏度高、响应迅速、成本低等优点,在对于离子检测的环境分析和生物分析中应用广泛,成为分析化学研究领域的热点之一,近年来发展迅速。本文基于不同的荧光探针识别机理,以罗丹明、荧光素等荧光染料为原料设计合成了几种荧光探针,用于对饮用水和生物活体细胞中Cr3+、Al3+、F-、Cu2+、H+等几种离子进行检测,主要研究内容如下:(1)基于罗丹明-冠醚共轭体系,通过席夫碱反应设计合成了一种用于检测Cr3+的荧光探针RhC。在DMF/H2O(3:7,v/v;PBS缓冲液50 mmol/L;pH=6.8)溶液中,在其他20种常见金属离子共存的情况下对Cr3+具有良好的选择性,最低检出限为1.5μmol/L(S/N=3)。通过Job’s点曲线和高分辨质谱(HR-MS)确定RhC和Cr3+配位的化学计量比为1:2。利用该探针对饮用水中的Cr3+进行检测,在加标浓度为10.00μmol/L的样品中,回收率为104.9%106.9%,并且检测结果与原子吸收光谱法(AAS)一致。此外,探针RhC还可用于活体细胞中Cr3+的生物成像。(2)基于荧光素,设计合成了一种水溶性可逆荧光探针Flu-Py,用于检测Al3+和F-。在Tris-HCl(10 mmol/L,pH=7.0)水溶液中对Al3+和F-检测的线性范围分别为010μmol/L和030μmol/L,灵敏度高,选择性好,最低检出限分别为0.092μmol/L和0.112μmol/L(S/N=3)。通过Job’s点曲线确定Flu-Py和Al3+配位的化学计量比为1:1。用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)验证了探针与Al3+的配合模式和识别机理。此外,探针Flu-Py还可用于活体细胞中Al3+和F-的生物成像。(3)基于罗丹明B,设计合成了一种新型水溶性的可逆荧光探针RBA,用于检测Cu2+。在CH3CN/H2O混合溶液(3:7,v/v;HEPES缓冲溶液50 mmol/L;pH=7.4)中,在其他10种常见金属离子共存的情况下对Cu2+具有良好的选择性,检测线性范围为015.00μmol/L,最低检出限为0.085μmol/L(S/N=3)。通过Job’s点曲线确定RBA和Cu2+配位的化学计量比为1:1,用密度泛函理论(DFT)验证了探针与Cu2+的配合模式和识别机理。利用该探针对饮用水中Cu2+进行检测,在加标浓度为10.00μmol/L的样品中,回收率为100.8%101.1%,并且检测结果与原子吸收光谱法(AAS)一致。此外,探针RBA还可用于活体细胞中Cu2+的生物成像。(4)基于荧光素和罗丹明6G,设计合成了一种水溶性可逆的荧光探针Flu-Rh,用于检测H+。该探针基于荧光共振能量转移机理(FRET),在CH3CN-H2O混合溶液(1:1,v/v;Britton–Robinson缓冲溶液,pH=2.5-7.5)中,在其他20种常见金属离子共存的情况下对H+具有良好的选择性。用密度泛函理论(DFT)验证了探针与H+的识别机理。利用该探针对化工厂污水和糖尿病患者尿液中H+的浓度进行了检测。