重金属离子广泛存在于我们的生活中，对环境和人体健康有重要的影响。目前重金属离子检测方法基本可以实现高选择性和低检测限检测，但是仍存在样品制备过程繁琐、检测成本较高、探针原材料对人体健康有害、特异性检测比较困难等缺点。因此，实现对重金属离子高效、灵敏的检测对环境保护及人类健康具有非常重要的意义。
　　针对上述问题，本论文基于低毒、易于制备的荧光碳量子点（CDs），通过对其表面基团的调控和修饰，分别设计了在不同介质中对重金属离子（Fe3+、Hg2+、Cd2+）检测的荧光探针，实现了高灵敏的检测，满足世界卫生组织（WHO）的检测标准。主要研究内容如下：
　　（1）采用微波辅助法合成了氮、硫共掺杂的荧光碳量子点（N,S-CDs），可用于快速、高选择性、高灵敏性的检测Fe3+。表征结果显示N,S-CDs表面富含氨基和磺酸基等基团，Fe3+可与这些基团反应，使得激发/发射峰分别在350nm/420nm处的蓝色荧光发生静态淬灭。浓度区间为0-500μmol/L时，N,S-CDs的荧光强度与Fe3+的浓度呈现良好的线性关系，在自来水中的检测限为200nmol/L。此外，N,S-CDs具有在细胞中检测Fe3+的潜力，拓展了其在生物传感器领域的应用。
　　（2）首次提出并合成了一种基于焦磷酸根离子修饰的碳量子点（PP-CDs）构建的荧光纳米探针用于检测汞离子（Hg2+）。Hg2+可以与PP-CDs表面修饰的焦磷酸根基团反应形成非荧光络合物，导致了激发/发射峰在400nm/513nm处的绿色荧光的淬灭，静态淬灭是其主要的淬灭机理。在Hg2+的浓度为0.1-1.4μmol/L范围时，PP-CDs的荧光强度与Hg2+的浓度有良好的线性关系，并且在自来水中检测限为2nmol/L。淬灭后的体系PP-CDs-Hg2+可以通过加入GSH实现荧光恢复，使得探针可以重复利用。此外，PP-CDs具有在细胞中检测Hg2+的潜力，拓展了其在生物传感器领域的应用。
　　（3）把具有红色荧光的金纳米团簇（AuNCs）作为内部参照荧光分子，具有蓝色荧光的氮、硫共掺杂碳量子点（N,S-CDs）作为分析信号分子，通过静电作用形成了荧光增强型比率探针N,S-CDs/AuNCs，实现Cd2+浓度检测。将Cd2+加入到N,S-CDs/AuNCs的纳米荧光探针中，N,S-CDs的荧光强度（435nm）与AuNCs的荧光强度（630nm）发生不同程度的增加。当Cd2+的浓度为0-2.1μmol/L，荧光强度比F435/F630与Cd2+的浓度具有良好的线性关系，在自来水的检出限是62nmol/L。制备的荧光比率探针可用于实际水样中Cd2+的测定。