近年来,重金属污染越来越被人们所关注,因为它们会对人体产生巨大危害。因此,重金属的检测在环境、生物和医学上就具有十分重要的意义。在诸多检测方法中,荧光离子探针方法因具有便捷、高灵敏度、高选择性和可用于实时、原位检测等诸多优点而被广泛研究。荧光离子探针一般由荧光发色基团和识别基团两部分组成。本论文分别以稀土元素铕配合物、丹磺酰和芴基团作为能产生荧光信号的发色基团,以羧基、氨基以及含氮杂环等作为重金属离子的识别基团,设计、合成了几种重金属离子荧光探针。通过荧光离子滴定实验检测了它们对重金属离子的识别性能,并利用核磁共振波谱、质谱等方法研究了相关识别机理。主要研究内容如下:　　 (1)合成了一种铕(Ⅲ)-苯甲酰三氟乙酸-邻菲罗啉三元络合物Eu-1。在二甲基亚砜溶液中,Eu-1对Cu2+表现出选择性识别作用,识别表现为Eu-1的荧光光谱和紫外-可见吸收光谱发生显著变化。Cu2+的加入使得Eu-1的荧光光谱发生明显的猝灭,表现出荧光“开/关”效应,表现为1:1的结合比；紫外-可见吸收光谱产生一个新的吸收峰,同时伴随着另一个吸收峰的红移,其它检测离子均无此现象。以邻菲罗啉衍生物与Cu2+的氢核磁共振谱图研究对Eu-1与铜离子的络合机理进行探索,结果显示,邻菲罗啉的4位取代羧酸基与Cu2+之间存在强相互作用,而这一作用使Cu2+能够通过配位基团猝灭Eu(Ⅲ)的荧光发射,影响配体邻菲罗啉的紫外吸收性能。　　 (2)合成了一种结构类似于荚状醚的Hg2+荧光离子探针——双丹磺酰基团赖氨酸(1)。它以柔性亲水性氨基酸——赖氨酸为识别位点,以对微环境极其敏感的丹磺酰基团为荧光发色团,在赖氨酸两端的氨基上分别连接一个丹磺酰基团。在水溶液中,1对Hg2+表现出非常高的选择性和灵敏度(检测限为2.0 nM),表现为1:1的结合比。随着Hg2+的不断加入,1的荧光光谱逐渐发生蓝移(最大蓝移为51 nm),其它所测试的重金属离子均没有这种现象产生。因此,1以荧光发射峰的蓝移为响应信号可以检测Hg2+。通过核磁共振波谱、质谱等对1与Hg2+的识别机理进行了分析,实验结果表明:1分子中两个磺酰胺键以及赖氨酸的羧酸基团与Hf2+之间形成三齿鳌合模式,Hg2+通过与磺酰胺基团的作用影响到丹磺酰基团的化学微环境从而使其表现出荧光发射峰的蓝移。有趣的是,氯离子参与了荧光探针分子与Hg2+的络合,使得探针分子碳、氢原子的核磁共振信号发生了与以往完全相反的位移变化。　　 (3)设计了一种以组氨酸为骨架,以芴基团为荧光基团的Cu2+、Hg2+荧光探针——Fmoc-his(Trt)-OH。Fmoc-his(Trt)-OH在水/甲醇不同的溶剂比时表现出不同的荧光识别特性:在水/甲醇体积比小于1:1时,Fmoc-his(Trt)-OH对Cu2+表现为“开/关”型荧光探针特性；而在水/甲醇体积比大于或等于1:1时,Fmoc-his(Trt)-OH则表现为比率型荧光探针的特点。在甲醇较多时,Fmoc-his(Trt)-OH对Cu2+表现出较高的选择性和灵敏度；在水较多时,Fmoc-his(Trt)-OH对Cu2+和Hg2+表现出类似的比率型识别作用。因此,Fmoc-his(Trt)-OH的荧光探针性质受水/甲醇的溶剂比所调控,结合这两种不同的识别特性可以实现对Cu2+和Hg2+不同的荧光识别。利用核磁共振波谱对Fmoc-his(Trt)-OH与cu2+和Hg2+的识别机理进行了研究,实验结果表明:在甲醇较多时,Fmoc-his(Trt)-OH与Cu2+以1:1结合,Cu2+与组氨酸咪唑环上的氮原子、羧基氧原子以及酰胺键上的氨基发生配位作用,从而猝灭了芴基团的荧光发射；在水较多时,Fmoc-his(Trt)-OH与Cu2+以1:2结合,一个Cu2+也是与组氨酸咪唑环上的氮原子以及酰胺键上的氨基发生配位作用,而另一个Cu2+的作用模式通过实验还不能明确证明。