在污染水体修复工程中，水体中痕量重金属离子检测一直是一个重要的研究方向，国家环境部门也投入了大量的精力和费用。近年来，纳米材料的快速发展为准确、实时、痕量检测水环境重金属提供了新的契机和挑战，发展基于金属纳米结构及其复合材料的SPR传感芯片，检测水体中痕量重金属离子的技术和方法，受到了广泛的关注。传统的SPR检测传感器主要以金膜作为传感芯片，然而，传统金膜对于在传感表面的低浓度分析物引起的微小折射率变化灵敏度不高，SPR检测传感器对水体中痕量重金属的灵敏度有待于进一步提高。　　本文介绍了金属纳米粒子的表面等离子体子共振（Surface plasmon resonance,SPR）的基本特性，基于SPR的传感器的基本原理，通过探索新颖的金属纳米结构制备传感器薄膜芯片，以提高SPR传感器的灵敏度和分析率，例如银纳米立方体、金纳米八面体、金纳米八面体-石墨烯复合薄膜等。介绍了银纳米立方体和金纳米八面体粒子的制备方法及其在SPR传感器中的应用。搭建了波长调制型SPR传感器实验平台，建立了检测葡萄糖、重金属汞离子浓度的实验方法。主要的研究内容包括：　　①在Kretschmann模型的基础上，利用连续光谱源、光纤传输、光学透镜、光学三棱镜、光谱分析仪等设备设计并搭建了波长检测型的SPR传感器实验平台，该平台光路简单，操作方便，利用平台研究了金属纳米薄膜的SPR效应。　　②分析金属纳米粒子的形貌、大小在SPR检测传感器中提高灵敏度的关键作用。金属纳米粒子的尖端（如三角结构，星型结构、八面体结构等）对周围环境的折射率变化有着更强的灵敏性。金属纳米的尖端部分电子密集，电子活跃程度高，能够极大地改善金属纳米粒子的光电性质，使其表面电荷极化和局域电场强度明显增强，进而增强传感器的SPR效应，提高对低浓度物质的检测灵敏度。　　我们合成了60~80nm的银立方体，并将其制备成传感薄膜，应用于SPR检测传感器，以提高检测的灵敏度。通过匀胶机将银纳米立方体溶液旋涂在薄玻片上，再用高纯氮气吹干以加固稳定性，之后把薄玻片粘合在三棱镜上形成传感芯片。以医用葡萄糖为样品，定量地检测了葡萄糖溶液的浓度，实验结果表明银纳米立方体薄膜具有非常好的SPR效应，有助于水体中痕量重金属检测传感器的研究。　　③合成了100nm左右的金八面体，用同样的方法制备成传感薄膜，设计了重金属汞离子的检测实验，实现了对汞离子的痕量检测（检出限30ug/L）。实验结果表明，金八面体纳米结构极大地增强了传感器的SPR信号，提高了对低浓度汞离子的灵敏度和分析率。　　④石墨烯具有极大的比表面积，优异的机械强度和柔韧性、良好的导电导热性能、极高的迁移效率和极强的吸附能力，还拥有极其丰富的表面基团，这使得石墨烯可以作为与贵金属纳米材料结合形成复合结构的支撑材料，石墨烯材料能够避免金属纳米结构本身的团聚，从而保持大的表面积和良好的理化性质，对污染水体中重金属具有很高的吸附作用。同时，存在于二维石墨烯的金属纳米粒子能有效地防止石墨烯本身的聚合，使得石墨烯材料得以稳定，并形成3D结构的金属纳米-石墨烯复合材料。本文对单层石墨烯进行了拉曼表征，设计了金属-石墨烯复合传感薄膜的制备方法，用金纳米溶液与分散性良好的石墨烯水溶液混合，通过戊二醛交联形成溶胶，用匀胶机旋涂在薄玻片上制成传感薄膜。将金属-石墨烯复合材料应用到SPR检测传感器中，提高SPR传感器的稳定性和灵敏度，研究石墨烯及其复合材料在痕量重金属检测传感器中的应用价值和潜力。