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环境污染问题已成为全球共同关注的一个热点，亦是我国经济和社会可持续发展面临的主要问题之一，对环境污染物的监测方法的研究已成为当今整个化学领域的一大热门。在各种环境有毒物质中，重金属离子(尤是汞、铅、铬等离子)由于其对生命物质及整个水系的生态平衡的不可逆破坏(即使痕量存在)而尤为引人关注。
化学传感器已广泛应用于环境监测、药物分析、临床诊断、生物分析等领域，在重金属检测中起着非常重要的作用。提高化学传感器的选择性已成为化学传感技术研究领域的前沿课题，寻找新的具有高选择性的分子识别载体己成为现代分析化学中的一大热点。荧光传感器能够将分子识别的信息转换成荧光信号为外界所感知，具有高选择性、高灵敏度、低制作成本、不破坏样品和易于实现在线检测等特点而具有广泛的应用前景，近年来荧光传感器(荧光探针)应用于重金属离子的检测吸引了众多研究者的兴趣。
本论文以环境毒性重金属离子荧光传感器(荧光探针)的研究及其在水体与中药材中重金属离子检测应用为研究内容，主要工作如下：
(1)制备了以2-(2’-羟基苯基)苯并噁唑(HPBO)为识别载体的高选择性PVC膜Cu2+荧光化学传感器，考察了光极膜组分的配比对光极的响应性能的影响，得出最佳响应特性的光极膜敏感物的膜组成为2％HPBO、5％NaTPB、62％DOS和31％PVC(w/w)。考察了常见阴离子和金属阳离子对检测Cu2+的干扰，该传感器在酸度范围为pH 4.0-6.5时，Cu2+的线性响应范围为4.0×10-8 M～5.0×10-5M，该传感器可用于实际样品中Cu2+的检测。
(2)咔咯作为卟啉家族的一员，其结构与卟吩相似，是一个18-π电子的共轭芳香体系，具有较好的荧光特性，我们合成了咔咯衍生物五氟苯基可咯(H3(tpfc))，首次研制了以咔咯为载体的高选择性PVC膜Hg2+荧光光纤传感器，考察了光极膜组分的配比对光极的响应性能的影响，并对光极膜组分进行了优化。该传感器在碱金属离子、碱土金属离子、以及Ag(Ⅰ)、Cd(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)及Fe(Ⅲ)等过渡金属离子存在下对汞离子有非常好的选择性，在pH 5.0-8.0的范围内，检测Hg(Ⅱ)的线性响应范围为1.2×10-7～1.0×10-4 M。该光极膜再生容易，仅需用空白缓冲溶液对光极膜进行冲洗即可，在实际样品的Hg(Ⅱ)检测中获得了满意的结果。
(3)三联吡啶钌衍生物是一类具有金属—配体电荷转移光化学反应性质(MLCT)的化合物，该类型的化合物具有荧光量子产率高，Stokes位移大和光稳定性好的优点，我们合成了(4’-甲基-2,2’-联吡啶-4’-羧基)-二(2，2’-联吡啶)钌(Ⅱ)，首次以该化合物为载体构建了Cu2+荧光分子探针，在1:1的乙醇/水溶液实现了对Cu2+的选择性检测。对该荧光分子探针的响应性能进行了系统研究，该探针的酸度工作范围为pH 4.0-8.0，对Cu2+的线性响应范围为5.0×10-8M～1.0×10-4 M，检出限为4.2×10-8M。
(4)合成了2-(2’，5’-二羟基苯基)-4(3H)-喹唑啉酮(DHPQ)化合物，并将其用作Hg2+荧光分子传感器的荧光载体，将其响应性能与2-(2’-羟基苯基)-4(3H)-喹唑啉酮(HPQ)，2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)-4(3H)-喹唑啉酮(MeHPQ)进行了对比，DHPQ对Hg2+的响应最好，由于DHPQ上有两个羟基基团，其供电子效应更有利于带孤对电子的N原子与Hg2+的结合。以DHPQ为识别载体的荧光分子探针对Hg2+的线性检测范围为8×10-7M～2×10-4M。
(5)含有分子内氢键的喹唑啉(PQ)衍生物在光条件下将发生激发态分子内质子转移(ESIPT)，产生一个波长更长的荧光，是一种优异的荧光基团。质子受体一般是氮原子，按照荧光分子探针设计方法，对氨基喹唑啉修饰离子识别基团(2-吡啶甲氨基，DPA)，研制出钴离子探针(BpyPQ)。邻氨基苯甲酰胺与硝基苯甲醛在酸性条件下成环，通过2,3-二氯-4,5-二氰基-1，4-苯醌氧化成喹唑啉，然后将硝基还原成胺基，再与氯甲基吡啶发生取代反应得到探针分子BpyPQ。当DPA三个氮原子与钴离子发生作用，作为激态分子内氢键转移的质子受体-氮原子的孤对电子与钴离子形成配位键，阻止了ESIPT过程，导致了由ESIPT过程产生的荧光猝灭。在酸度范围为pH 7-9.5时，对钴离子表现出良好的选择性。CO2+的线性响应范围为3.2×10-8M～1.4×10-6M。由此建立了一种选择性好、灵敏度高、方便、快捷的测定钴的方法。
(6)随着中药现代化研究的不断发展，中药材的种植面积在不断扩大，然而中药产品中的重金属元素超标问题一直是制约我国中药产品走向世界的一个重要因素。本文在前期百合成分分析的基础上，以湘西地道药材-百合为原料，采用研制的荧光传感器对部分重金属离子进行检测研究，与原子吸收分光光度法检测的结果比较，从回收率和检测结果分析，结果表明荧光法可发展成为一种有效的测定中药材中重金属含量的质控方法。