基于比率型荧光方法和荧光传感器阵列的水中金属离子检测.pdf
摘要
随着工业化和现代化进程的快速发展,采矿、建材、冶金、化工制造等重污染行
业向自然界释放大量有毒金属离子，对水环境和人体健康构成严重威胁，因此本文基
于比率荧光方法和荧光传感器阵列构建了灵敏检测水中金属离子的传感方法，主要研
究内容及结论如下：
(1)基于3,3,5,5-四甲基联苯胺(TMB)和钙黄绿素，开发了一种成本低廉、选择性
好的检测水中Fe2+比率型荧光传感方法。酸性条件下TMB被芬顿反应生成的·OH
氧化生成氧化3,3,5,5-四甲基联苯胺(oxTMB)，钙黄绿素与芬顿反应生成的Fe3+配位
生成了Fe3+-钙黄绿素复合物。随Fe2+浓度增加，oxTMB在415nm处的蓝色荧光强度
与钙黄绿素在515nm处的绿色荧光强度比I515/I415线性下降，通过分析I515/I415的大
小对Fe2+检测的灵敏性与选择性进行评估，检出限低至0.12µM。此外还验证了本方
法在水样中检测Fe2+的能力。
(2)开发一种携带方便、灵敏度高的现场即时检测传感平台检测Fe2+是十分有必
要的。本章构建了一种基于钙黄绿素和对苯二甲酸的检测Fe2+比率荧光传感方法，酸
性条件下，Fe2+与钙黄绿素和对苯二甲酸配位生成Fe2+-钙黄绿素、Fe2+-对苯二甲酸配
合物，Fe2+-钙黄绿素配合物与HO发生芬顿反应自身被氧化为Fe3+-CA复合物,生成
22
的·OH氧化本体系中游离的TPA生成2-羟基对苯二甲酸，·OH同时还氧化了CA以
及Fe3+-CA。随Fe2+浓度增加，Fe2+-对苯二甲酸配合物与2-羟基对苯二甲酸在420nm
处的蓝色荧光强度与钙黄绿素在515nm处的绿色荧光强度比I420/I515线性上升，结合
智能手机辅助，成功构建了水中Fe2+现场即时检测平台。检测范围为0-2.25mM，
检出限为1.1μM。在水样检测中该现场即时检测平台也实现了较为良好的回收率。
(3)由于多种重金属离子的协同和叠加毒理效应，越来越多的复合污染严重影响
人类健康，在复杂水环境中快速鉴别多种重金属离子仍然是一个重大挑战。本章构建
了一种由单个S,N-GQDs(硫氮共掺杂碳量子点)探针构建的荧光阵列传感器用于快速
准确地识别重金属离子。由于S,N-GQDs与金属离子之间的相互作用不同，产生独特
的荧光响应图谱，通过线性判别分析(LDA)和分层聚类分析(HCA)进行分析处理，实
现了对10种重金属离子及重金属离子混合物的高效、快速、准确的区分和定量检测。
水样中金属离子检测的优良回收率验证了该传感器阵列的实际应用价值。
关键词：比率荧光；荧光传感器阵列；金属离子；水样
II
目录
第一章绪论1
1.1金属离子的危害及检测方法1
1.1.1金属离子的危害1
1.1.2水中金属离子的检测方法3
1.2荧光传感器概述及响应机理6
1.3荧光传感器类型及其在水中金属离子检测上的应用10
1.3.1单信号荧光传感器及水中金属离子检测上的应用10
1.3.2比率荧光传感器在水中金属离子检测上的应用11
1.3.3荧光传感器阵列在水中金属离子检测上的应用11
1.4本研究主要内容18
第二章基于3,3,5,5-四甲基联苯胺与钙黄绿素的比率荧光传感方法检测水中的Fe2+
20
2.1引言20
2.2实验部分21
2.2.1实验仪器21
2.2.2实验试剂21
2.2.3比率荧光检测Fe2+22
2.2.4水样中Fe2+的检测22
2.3结果与讨论23
2.3.1CA和oxTMB的光学性质23
2.3.2Fe2+