具有长波长荧光发射特性的碳点(CDs)材料由于其在生物领域的广阔应用而受到越来越多的关注。 长波长发射荧光碳点的合成主要基于高温高压的方法, 室温合成的方法和研究还比较少。 采用碱催化的方式, 将氢氧化钠溶液与果糖溶液混合后透析, 无需加热和其他额外的能量输入即可制备出一种蓝绿色发光可调的碳点, 并通过透射电子显微镜、 紫外-可见分光光度计、 稳态荧光光谱仪等光谱技术对合成碳点进行了表征。 进一步采用圆二色分光光度计和皮秒时间相关单光子计数等测量系统对碳点与牛血红蛋白(BHb)之间的相互作用进行了探究。 虽然已有较多应用碳点检测BHb的研究, 但这些研究更注重分析BHb检测的效果, 而对BHb猝灭碳点荧光的机理还缺少较为详细的系统性证明。 测量得到了二者在不同温度下相互作用的Stern-Volmer图像, 以及碳点在BHb加入前后的荧光寿命, 结果表明BHb对碳点荧光的猝灭是一个静态的过程。 并且在该过程中, BHb的α-螺旋含量下降了约3%, 证明了碳点会使蛋白的结构发生改变。 BHb与碳点混合后形成了复合物, 导致碳点的荧光下降。 通过分析干扰样品以及反应时间对检测BHb的影响, 证实了碳点检测BHb具有良好的选择性和稳定性。 另外, 碳点荧光强度下降, 下降比例与BHb浓度成线性关系, 因此可以设计基于碳点荧光猝灭的血红蛋白生物传感器, 用于微量BHb的特异性检测, 所检测的线性范围为0～5 μmol·L-1, 检测限为243 nmol·L-1(S/N=3)。 所合成的碳点还可以实现双波长激发检测, 实验证实在370和425 nm激发下, 碳点的荧光猝灭程度和BHb的浓度之间表现出良好的线性关系, 这为该荧光探针检测BHb提供了更多的应用价值。 由于该碳点的合成手段简便, 操作技术难度低且合成原料容易获得, 该荧光探针对BHb的微量检测在生命科学研究和刑侦领域都具有十分重要的意义。

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)是生物体内重要的辅酶分子, 在细胞能量代谢中发挥着关键作用。 金属离子可以影响NADH所参与的酶促反应, 其中铝离子（Al3+）对神经系统具有毒性, 可以引发神经退行性疾病。 因此, Al3+和NADH分子间相互作用的研究有助于了解Al3+对生物体内TCA循环和酶促反应的影响, 具有重要的生物学意义。 本文采用紫外-可见吸收和稳态荧光光谱, 结合时间相关单光子计数技术(TCSPC), 研究了Al3+对水溶液中NADH的本征荧光光谱和分子构象变化的影响。 紫外-可见吸收光谱显示, NADH与Al3+的结合不会改变NADH分子腺嘌呤和烟酰胺两个本征发色团的吸收特性。 为避免NADH分子内两个本征发色团之间的荧光共振能量转移效应的影响, 采用340 nm作为激发波长, 比较了NADH与Al3+作用前后的荧光特性。 实验结果证实, Al3+可以与NADH焦磷酸盐桥上的两个氧原子相结合, 使NADH分子的结构变得相对更加刚性, 从而抑制NADH分子在溶液中的转动等非辐射过程, 导致NADH分子平均荧光寿命增加, 最终引起NADH分子荧光强度随Al3+浓度的增加而线性增强。 进一步, 采用NADH本征荧光寿命振幅比的研究方法表征了NADH分子在溶液中的两种主要构象形式: 腺嘌呤和烟酰胺相互堆积的折叠构象以及腺嘌呤和烟酰胺相互分离的展开构象。 研究发现, Al3+会打破溶液中NADH分子展开构象和折叠构象的平衡状态, 促使辅酶NADH分子的展开构象转变为折叠构象, 最终达到新的动态平衡, 并且当NADH和Al3+以不大于1∶2的浓度比结合时, NADH分子两种构象的振幅比与铝离子浓度的对数间存在线性关系, 在Al3+浓度检测等领域具有良好的应用前景。

胆红素二甲酯(bilirubin dimethyl ester, BRE)是一种线性四吡咯, 是胆红素 (Bilirubin, BR)的类似物［1-3］。 用UV, IR, MS等光谱表征BR与BRE, 结果并无明显差别。 BR/BRE可与多种金属离子形成配合物。 BR与金属离子的配位点主要是吡咯氮和丙酸侧链, 用甲基取代BR丙酸侧链羧基上的氢得到BRE, 使金属离子只与吡咯氮配位。 因此本文采用酯化的胆红素BRE研究其与金属离子的作用, 优点是可以减少与金属的配位点, 降低产物复杂程度, 有助于光谱分析。

锌离子Zn2+对胆红素BR有着显著的荧光增强效应, 基于该荧光特性, 利用紫外可见光吸收和稳态荧光光谱技术提出了一种BR作为荧光探针用于Zn2+浓度检测的新方法, 特别是首次采用在波长663和600 nm处的稳态荧光强度比值方法系统地研究了其与锌离子浓度在0~90 μmol·L-1范围内变化的关系, 与常用的单波长荧光强度探测方法比较, 有效地避免了探针浓度变化及激发光强度变化等非目标因素的影响。 实验研究结果发现BR荧光探针对Zn2+的识别行为在0~20 μmol·L-1范围内, 探针BR 的荧光强度比值I663 nm/I600 nm与 Zn2+的浓度之间具备线性增长关系, 尤其是0~10 μmol·L-1有非常好的线性关系, 线性相关系数r=0.999 87, 同时Zn2+检测限为0.1 μmol·L-1 。 在20~90 μmol·L-1范围内, 荧光强度比值I663 nm/I600 nm趋于饱和。 研究发现对实时检测人体内的Zn2+具有很好的应用前景。

甲醛(HCHO)是目前室内空气主要污染物之一, 长期暴露在过量甲醛环境中会对人的眼睛、 皮肤、 呼吸器官等产生严重危害, 甚至可能导致神经系统功能的丧失［1］以及耳、 鼻和喉癌[2]。 因此, 快速、 高效、 准确地实现甲醛气体的检测, 对于保障人类健康具有重大的意义。 当前有很多种方法可以用于甲醛气体的检测。 例如, 气相色谱法(GC)[3]和高效液相色谱法(HPLC)[4], 色谱仪器能够提供低至μg·m-3级别的浓度检测, 但是仪器较为大型笨重, 并且检测非常耗时, 难以实现实时连续地对甲醛气体浓度的监测; 基于气敏薄膜的半导体气体传感器具备响应时间短, 稳定性高以及可连续监测等优点, 然而这类传感器通常检测限较高(>300 μg·m-3）, 并且选择性差[5]; 基于酶的生物传感器通常有较好的灵敏性和选择性, 但是其热稳定性通常较差, 这严重限制了其应用[6]。 比色法和荧光法由于响应速度快, 灵敏度高, 检测限低, 选择性好以及传感器简单便宜等特点, 被广泛地应用于甲醛气体传感器的设计中去［7-9］。 这种方法是利用探针分子与甲醛发生特异性结合, 形成新的物质, 从而引起探针吸收光谱的变化或者发出荧光, 实现对甲醛的定量测量。 Descamps等使用4-氨基-3-戊烯-2-酮(Fluoral-P)作为探针分子, 设计了一种手提式的甲醛检测仪[10]。 Fluoral-P是一种烯氨酮结构的物质, 能与甲醛特异性结合形成环状化合物3,5-diacetyl-1,4-dihydrolutidine(DDL)。 由于Fluoral-P自身的特征吸收带与DDL的吸收带相隔较远, 同时与甲醛结合后能够产生大斯托克斯位移的荧光峰, 因而被广泛应用于甲醛检测。 然而, Fluoral-P在空气中有水分子存在的情况下极其不稳定, 容易发生水解, 形成乙酰丙酮和氨气, 严重限制了Fluoral-P在甲醛检测上的应用[10]。 采用紫外可见吸收光谱、 稳态荧光光谱和气相色谱质谱(GC-MS)技术研究了Fluoral-P的一种衍生物, 4-氨基-1,1,1-三氟-3-丁烯-2-酮(3F-FP), 与甲醛溶液相互作用的光学和化学特性。 实验发现, Fluoral-P的水解速率为k＝1.555 9×10-5 L2·mol-2·s-1, 然而, 3F-FP具有非常低（接近0）的水解速率, 水溶液环境下表现出了极好的稳定性。 同时, 3F-FP可以与甲醛反应生成一种类似DDL的环状化合物6F-DDL, 使得3F-FP在430 nm处出现了一个新的吸收带, 并且在峰值489 nm处的荧光强度也得到了明显增强, 增强因子为12, 在峰值处的荧光增长速率为k=7.881×103 h-1。 下一步我们将使用多孔玻璃作为3F-FP探针的载体, 不仅可以提高3F-FP分子浓度, 也可以增加探针分子与甲醛的接触表面积[11], 荧光增长速率还可以得到进一步的提高, 因此3F-FP分子在甲醛气体检测领域具备了良好的应用前景。

钌催化前驱体是影响负载型钌催化剂催化性能最重要因素。 前驱体中的部分杂质会对催化性能产生抑制作用, 尤其是S, P, Cl, As等杂质元素含量过高会降低催化剂的活性, 严重时会造成催化剂中毒; 因此, 必须严格控制催化前驱体中杂质元素的含量。 建立了快速准确测定催化前驱体亚硝酰硝酸钌(Ru(NO)(NO3)3)中杂质元素的分析方法。 Ru(NO)(NO3)3经稀硝酸溶解后采用电感耦合等离子体串联质谱(ICP-MS/MS)直接测定其中的8个杂质元素(P, S, Ti, V, Cr, Mn, Fe, As)。 为防止Ru(NO)(NO3)3溶液水解形成Ru(NO)(NO3)x(OH)3-x, 采用稀硝酸介质有效维持了样品溶液的稳定性。 在MS/MS模式下, 通过一级四极杆质量过滤器(Q1)控制进入碰撞/反应池(CRC)的离子, 仅允许与待测元素具有相同质荷比(m/z)的离子进入CRC, 从而将来自样品基质和等离子气Ar所形成的干扰离子阻止在CRC外, 消除了大量质谱干扰。 通过向CRC内通入O2为反应气, 目标离子P+, S+, Ti+, V+, As+与O2的反应为放热过程(31P++O2→31P16O++O, ΔHr=-3.17 eV; 32S++O2→32S16O++O, ΔHr=-0.34 eV; 48Ti++O2→48Ti16O++O, ΔHr=-1.63 eV; 51V++O2→51V16O++O, ΔHr=-0.85 eV; 75As++O2→75As16O++O, ΔHr=-0.63 eV), 能自发反应生成氧化物离子; 目标离子Cr+, Mn+与O2的反应为吸热过程(52Cr++ O2→52Cr16O++O, ΔHr=+1.38 eV; 55Mn++O2→55Mn16O++O, ΔHr=+2.15 eV)。 为促进Cr+, Mn+与O2发生反应, 通过调整CRC的工作参数, 设置八极杆偏置电压为较大的负电压, 使Cr+和Mn+在与O2反应前被加速, 提高Cr+和Mn+的动能, 促进了反应的发生, 通过吸热反应生成氧化物离子; 而P+, S+, Ti+, V+, Cr+, Mn+, As+干扰离子在CRC内不能与O2发生反应, 仍然保持原始的m/z。 通过二级四极杆质量过滤器(Q2)将这些干扰离子阻止在外, 仅允许所形成的氧化物离子进入检测器, 几乎完全消除了元素P, S, Ti, V, Cr, Mn, As的所有质谱干扰。 NH3因含一对孤对电子而具有高反应活性, 能与很多金属离子反应形成团簇离子。 通过向CRC内通入NH3/He为反应气, 目标离子Fe+与NH3发生质量转移反应, 在所形成多个团簇离子中, Fe(NH3)+2的丰度最高且无干扰, 通过NH3质量转移法消除干扰。 结果显示, 8个元素在0～500 μg·L-1范围内具有良好的线性关系, 线性相关系数≥0.999 8。 方法的检出限为0.29～485 ng·L-1, 按所建立的方法分析了实际样品中8个杂质元素的含量, 各元素的加标回收率为93.2%～107.5%, 相对标准偏差(RSD)≤3.9%。 方法具有样品处理简单、 分析速度快和精密度高的特点, 适合催化前驱体亚硝酰硝酸钌中多个杂质元素的准确测定, 为制备负载型钌催化剂提供了质量保障。

葡萄球菌核酸酶（SNase）是一种小型球状蛋白， 其变体常用来研究蛋白质的折叠过程。 不同于之前报道的研究方法和技术手段， 采用时间相关单光子计数（TCSPC）及飞秒荧光上转换技术， 结合紫外吸收谱和稳态荧光光谱， 研究了SNase蛋白变体Δ+PHS和Δ+PHS+I92A的荧光动力学， 以及不同温度下蛋白结构与热稳定性的关系， 证明蛋白质内色氨酸残基可作为一种内源性探针对蛋白变体的结构折叠和热稳定性进行印证和研究。 衰减相关光谱（DAS）表明了两种变体随温度变化的不同趋势， 在此基础上进一步分析了这两种变体的结构折叠及热稳定性的差异。 皮秒时间分辨发射光谱（TRES）显示色氨酸残基存在05 ns的连续光谱弛豫过程， 而光谱移动量可作为SNase变体蛋白结构紧密程度的判断依据。 飞秒上转换数据分析结果中， 05 ps的DAS在光谱蓝端为正、 红端为负， 表明了色氨酸残基受到弛豫效应的影响。 200 ps的寿命则说明色氨酸残基与周围猝灭基团之间存在电子转移过程。 时间分辨荧光各向异性（anisotropy）的分析结果则说明了色氨酸残基在蛋白质体系内具有独立的局部运动， 且其强弱与变体的热稳定性和热运动的整体效果有关。 测量和分析色氨酸残基的时间分辨荧光性质为深入研究SNase蛋白的结构和功能提供了新的思路。

由于金属离子包括铜离子对人体的重要性, 报道了一种含单个色氨酸的新型多肽分子（WDAHSS), 证明利用这种分子可以通过荧光光谱测量的方法实现铜离子灵敏检测。 WDAHSS的荧光由其包含的色氨酸残基的本征荧光贡献, 易被铜离子猝灭。 通过分析铜离子在不同pH值条件下与WDAHSS作用的荧光光谱并与单个色氨酸分子的光谱相比较, 详细研究了铜离子猝灭WDAHSS荧光的机理。 研究表明, WDAHSS结构中的组氨酸通过金属配位与铜离子作用, 并联合肽键形成稳固的四方形平面结构, 螯合铜离子, 致使色氨酸残基发生荧光猝灭。 同时详细讨论了不同pH值环境对WDAHSS荧光光谱的影响。 通过荧光光谱测量和数值拟合, 推测了WDAHSS和铜离子的结合常数。 为了增强WDAHSS抗pH干扰的能力, 特意对其氨基端乙酰化, 在生理pH值范围内稳定了其荧光发射。 此外, WDAHSS也采用了一些特殊设计的结构, 很好地增强了它对铜离子灵敏探测的特异选择性和生物相容性。 对WDAHSS的进一步研究有望用于生物体内或细胞内荧光成像检测。

谷胱甘肽(GSH) 是一种含有巯基的三肽分子, 参与许多细胞内生化过程, 具有抗氧化和整合解毒功能, 在生物体内以及医学, 食品等领域有着极为重要的作用。 GSH参与细胞内、 体液中的许多重要生化反应, 其在人体内含量的变化, 相应地提示了人体的健康问题。 目前对GSH的检测手段有表面增强拉曼光谱（SERS）、 电化学分析、 高效液相色谱（HPLC）等, 这些方法大都操作复杂、 耗时较长或者需要昂贵的仪器。 利用一种新型荧光银纳米团簇（Ag NCs）作为探针, 通过同时分析银纳米团簇的荧光强度变化以及荧光峰位置移动实现了GSH的高精度快速检测。 在检测过程中, GSH分子与荧光探针发生化学反应, 改变了荧光探针的光化学特性, 其荧光强度因发生猝灭而减弱, 且其荧光峰位置因配体的改变也发生移动。 通过对照组实验, 我们进一步证明了所发展的检测方法对GSH目标具有很好的特异性, 综合考察荧光强度和波长的变化数据可以很好地区分GSH以及其他结构类似的分子, 同时探针对于多种盐离子及氨基酸等不敏感, 能够很好地保证检测的准确性。 我们报导的荧光探针合成步骤简单, 过程绿色环保, GSH检测的响应速度快、 光谱波动较小、 相对误差小。 进一步的研究有望实现细胞内的GSH高精度检测及成像。