摘要
尽管微量的金属离子对于生物体是必需的，它们在生物和环境中起着至关重要的作用，但是过量则会产生一定危害。所以，检测环境和生物系统中的金属离子对环境治理和人类健康具有重要意义。 荧光探针因其高灵敏度和高选择性等优势已成为环境检测和体内分析金属离子的重要方法。喹啉和萘酰亚胺由于其优秀的配位/反应能力和光物理性能而被广泛用作荧光探针。因此，本文根据不同识别机制，成功设计并合成了四个基于喹啉和萘酰亚胺的金属离子荧光探针，具体内容如下: 1.制备了一种双功能罗丹明B-喹啉共轭的荧光探针RHQ，用于识别Cu2+和Hg2+。根据紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和荧光光谱的结果，可以看出该探针在CH3CN-H2O(4∶1，v/v)中对Cu2+和Hg+均表现出灵敏地荧光开闭和比率UV-Vis吸收响应。通过机理的研究表明，Cu2+激活了罗丹明螺环的开环并抑制了激发态分子内质子转移(ESIPT)过程;而Hg2+同时抑制了ESIPT和光诱导电子转移(PET)，促进了罗丹明螺环的开环和喹啉单元新环的形成。而且，RHQ可以定量检测Cu2+和Hg2+。此外，成功将具有低细胞毒性的荧光探针RHQ应用于监测活细胞中的Cu2+和Hg2+。 2.制备了一个以萘酰亚胺为荧光团，喹啉衍生物为离子识别基团的Cr3+荧光探针NI-QA，并对其性能进行了荧光光谱分析。结果显示NI-QA对Cr3+具有较好的选择性和抗干扰能力。NI-QA与Cr3+以1∶1形成稳定配位化合物，这是由于抑制了C=N双键在激发态下的快速异构化，从而荧光增强。另外，当Cr3+浓度在0～40μM的范围内时，与NI-QA的荧光强度呈良好的线性关系，探针可定量检测Cr3+。此外，该探针成功应用于自来水和湖水中Cr3+的检测。 3.制备了一个以萘酰亚胺为荧光团，三联吡啶为离子识别基团的Zn2+荧光探针NI-Tpy，并进行了荧光响应研究。通过荧光光谱可以得出，探针NI-Tpy对Zn2+具有良好的选择性和可逆性，且能在较宽的pH检测范围(pH为3～11)快速响应Zn2+。当Zn2+浓度在0～10μM的范围内时，NI-Tpy的荧光强度与Zn2+浓度线性相关。NI-Tpy与Zn2+以络合比2∶1结合后，荧光明显增强，归因于PET原理。此外，将探针NI-Tpy与醋酸纤维素(CA)通过静电纺丝技术制备的ESF-NI-Tpy膜实现了可视化识别Zn2+。 4.以萘酰亚胺和螺吡喃为双荧光团，制备了一种识别Al3+和Cu2+的荧光探针NI-SP。该探针在加入Al3+和Cu2+后，使NI-SP中螺吡喃单元开环且抑制了PET过程，因而荧光发射强度提高。这种“开启”荧光探针在较宽的pH范围(pH为2～9)内响应良好。另外，即使存在其他竞争性离子，NI-SP对Al3+和Cu2+仍显示出高选择性。此外，它还能与CA进一步加工成一种低成本，便携式的静电纺丝薄膜用于pH传感。
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