微生物的生长代谢往往受盐度的影响, 因此筛选出耐盐性强的菌株对含盐废水的生物处理意义重大。 选取一株从海洋分离具备耐盐异化金属还原的功能细菌(DMRB)——耐盐希瓦氏菌(Shewanella aquimarina XMS-1)作为研究对象, 探究盐度对XMS-1还原Fe3+过程及胞外聚合物变化的影响。 考察了不同盐度下XMS-1的Fe3+还原能力和胞外聚合物(EPS)的含量, 并采用三维荧光光谱(3D-EEM)、 拉曼光谱(Raman spectra)、 红外光谱(FTIR)及其对应的二维相关光谱(2D-COS)分析了XMS-1还原Fe3+过程中EPS的变化。 结果表明, 蛋白为XMS-1 EPS中主要物质, 占EPS含量的80%以上, 多糖的含量相对较少, 3%盐度条件下会促进XMS-1的EPS产量, 表明XMS-1在高盐环境中会分泌更多的EPS来保护细胞进行正常的生理活动。 Fe3+还原过程在盐度为1%~4%时得到促进, 而在盐度高于5%时则受到抑制, 过高盐度会抑制XMS-1的生长, 导致Fe3+还原率下降, 其中3%盐度下Fe3+还原率最高可达44.1%, 相对于对照组增加了2.18倍。 FTIR和Raman光谱结果显示XMS-1 EPS中含有羧基、 羟基、 氨基和羰基等金属离子氧化还原功能基团, 其中3%盐度下EPS中蛋白酰胺类和多糖类代表峰增强, 蛋白酰胺类代表峰变化显著, 含O-和N-基团参与了Fe3+还原过程。 此外3D-EEM结果显示, Fe3+还原过程结束后, EPS中色氨酸和酪氨酸两种荧光组分强度均下降, 结合2D-COS光谱结果分析, 发现色氨酸类蛋白在Fe3+还原过程中先发生了显著变化, 表明这两种荧光组分参与了Fe3+的还原过程, 其中色氨酸类蛋白在还原过程中作用更强。 本研究不仅丰富了对耐盐菌EPS胞外电子转移过程的认识, 也突出了EPS在自然环境中铁氧化还原转化的意义。

为改善CuCr2O4黑色颜料呈色性能, 将Fe3+掺杂进入CuCr2O4晶体中, 采用共沉淀法制备CuCr2-xFexO4(x=0,0.04,0.05,0.06,0.07), 并对所制备样品进行TG-DTA、XRD、SEM、Raman、XPS、UV-Vis吸收光谱和色度值的测试与表征。结果表明, Fe以三价态固溶进入Cr3+位置, 未出现杂质相, 得到的CuCr2-xFexO4晶粒细小、分散均匀。Fe3+掺杂可减小CuCr2O4的禁带宽度, 从1.25 eV减小到1.08 eV,禁带宽度的减小是由于2p(O2-)→3d(Fe3+)和Fe3+的d-d(6A1g→4T1g和 6A1g→4T2g)电荷跃迁引起的。禁带宽度的减小使得黑色颜料对可见光(380~780 nm)的吸收率提高, L*值减小, 呈现出良好的黑度。得到的最佳黑色颜料为CuCr1.95Fe0.05O4, L*=17.63, a*=-0.77, b*=-1.61。

铁精矿浮选脱硅过程中, 矿浆中的难免阳离子(Ca2+, Fe3+)对阴离子捕收石英的可浮性有重要影响, 而搞清难免阳离子对含石英等脉石矿物的活化机制, 对解决超纯铁精矿脱硅技术难题有重要意义。 目前关于捕收剂对石英吸附结构的研究较多, 而难免离子活化石英的吸附结构及吸附强弱发生机制研究较少。 因此, 采用红外光谱、 XPS检测手段对难免离子(Ca2+, Fe3+)活化石英浮选进行光谱学表征, 同时解析石英中含氧官能团及难免离子的赋存形式, 分析其活化机理。 红外检测结果表明, 在适宜的pH值条件下, Ca2+和Fe3+的加入, 对SDS捕收剂浮选石英均有活化作用, 而活化后的石英与SDS作用, 其间既包括物理吸附, 也包括化学吸附; 而且Fe3+活化作用下的Si-O特征峰红移波数大于Ca2+活化作用下的红移波数, 是由于Ca2+活化石英是单氧-硅键作用, 其键能小, 吸附弱, 而Fe3+活化石英是双氧-硅键作用, 其键能大, 吸附强。 XPS测试表明, Fe3+活化石英的结合能(Fe(2p)结合能为711.16 eV)强于Ca2+活化石英的结合能(Ca(2p)结合能为346.93 eV), 其Si(2s)和Si(2p)结合能化学位移量更大, 说明Fe3+活化作用下其化学吸附更稳定、 更致密, 且产生两个活性位点, 在石英表面生成稳定的Fe基六元环螯合物; 而对比Fe3+和Ca2+活化作用下的化学吸附不稳定、 不致密, 在石英表面生成Ca基链状络合物。 综合红外光谱、 XPS分析表明, Fe3+比Ca2+有更强的活化作用, 同时加强了药剂与石英表面的化学吸附和物理吸附, 更利于活化石英的浮选。

以黄瓜为原料, 采用水热法合成了荧光纳米碳点, 实现了对Fe3+的特异性荧光检测。利用透射电子显微镜和X射线光电子能谱仪对纳米碳点的形貌和微结构进行了表征, 并利用荧光光谱仪对纳米碳点的荧光性能以及加入不同金属离子后的荧光强度变化进行了测量。结果表明, 合成的纳米碳点分散性良好, 尺寸约为3 nm左右。在365 nm紫外光激发下, 其发射峰位于435 nm; 当反应温度为200 ℃、反应时间为12 h时, 纳米碳点的荧光性能最佳。Fe3+的加入能猝灭纳米碳点的荧光, 而其他金属离子不会引起纳米碳点荧光强度和发射峰位置的改变, 表明绿色方法合成的纳米碳点实现了对Fe3+的特异性荧光检测。

鉴于长余辉材料免实时激发特性可有效消除激发光源及复杂样品自体荧光的干扰, 近红外长余辉材料在生物成像领域受到了广泛关注。但其在荧光传感应用方面的报道相对较少, 尤其是利用长余辉纳米粒子来检测金属阳离子鲜有报道。本文采用水热法制备了Sn4+共掺的近红外长余辉纳米材料ZnGa2O4∶Cr3+,Sn4+ (ZGSC), 再以包硅处理得到在水溶液中分散性良好的荧光探针ZnGa2O4∶Cr3+,Sn4+@SiO2(ZGSC@SiO2)。基于Fe3+对长余辉材料ZGSC@SiO2的荧光猝灭效应, 构建了一种选择性好、无背景干扰的近红外长余辉荧光探针ZGSC@SiO2, 用于Fe3+的定量检测。采用时间分辨光谱可有效地消除背景干扰, 实现了高信噪比检测, 其线性范围为50~800 μmol/L, 检出限为25.12 μmol/L。选取了3种补铁口服液作为实际样品, 对其总铁含量以及Fe3+的含量进行检测, 并进行了加标实验。实验结果表明, 测定结果中总铁含量与标示值吻合; 3种样品中总铁含量的加标回收率为99.00%~99.79%, 相对标准偏差(RSD)为2.416%~3.808%; Fe3+含量的加标回收率为99.90%~102.69%, RSD为3.263%~4.296%, 满足测定要求。根据样品中总铁含量和Fe3+含量, 可计算得出Fe2+含量, 因此该荧光传感体系具有可同时检测Fe3+与Fe2+的优点, 可以用于补铁口服液中有效价态Fe2+的质量控制检测。

合成了一种新型四苯乙烯-罗丹明化合物L，通过紫外-可见吸收光谱、分子荧光光谱、裸眼和循环伏安分析法等分别研究了化合物L的聚集诱导发光性能、对金属阳离子的识别性能和电化学性能。实验结果显示：化合物L在乙醇-水的混合溶剂中表现出典型的聚集诱导发光性能；L在EtOH/H2O(V∶V，1∶1，Tris-HCl，pH=7.0)溶液中随Fe3+的加入，化合物L的EtOH/H2O(V∶V，1∶1，Tris-HCl，pH=7.0)溶液显示出明显的颜色变化，由无色变成红色，除Al3+、Cr3+略微变红外，其他金属离子无明显变化，这表明化合物L可作为裸眼识别Fe3+的探针；当选用激发波长350 nm 时，在508 nm 处的荧光发射强度发生猝灭，猝灭比为87.5%，检出限为4.56×10-6 mol/L；激发波长为530 nm时，在582 nm处荧光发射强度呈增大趋势，较加入前增大了49.6倍，检出限可达7.4×10-7 mol/L。由此可见，L在用不同激发波长激发时，在两个不同荧光发射波长下分别实现了对Fe3+的“turn-off”和“turn-on”识别，因此L可作为一种具有高灵敏性和专一选择性的可视化Fe3+荧光探针。并经Jobs曲线、紫外和荧光滴定、核磁滴定、扫描电镜初步确定了探针L和Fe3+的络合机理，探针L和Fe3+的络合比为2∶1，整个测试在中性条件下进行，使得该类探针在生物体系或环境中有潜在的应用价值。且它的电离势为5.77 eV，电离势与正电极的功函数(5.5 eV)较匹配，有望开发成为空穴传输材料。电子亲合势为3.71 eV，比常见的电子传输材料PBD(EA＝2.82 eV)的电子亲和能大，有望开发为电子传输材料，所合成的化合物也可作为一类具有潜在应用价值的光电材料。

以壳聚糖为碳源通过水热法合成碳点, 对影响碳点荧光强度的水热温度、水热时间和壳聚糖质量分数进行考察。通过紫外分光光度计、荧光分光光度计、原子力显微、Fourier红外光谱仪、X-ray光电子能谱、X射线衍射仪对壳聚糖碳点的光学性质、化学结构、晶体结构、形貌结构等进行表征分析。结果表明, 在水热温度200 ℃、水热时间9 h、壳聚糖质量分数2%的条件下制备得到的壳聚糖碳点量子产率为32.86%。碳点呈现出主要尺寸为3～10 nm的球形颗粒状, 且在波长335 nm激发下, 发射峰位于410 nm（蓝)。对金属离子的选择性研究分析表明, Fe3+对碳点溶液的荧光猝灭效应最显著, 说明碳点对Fe3+具有较好敏感性和高选择性, 且荧光猝灭效率对Fe3+浓度在0～100 μmol/L范围内呈现线性响应, 因此有望将碳点作为荧光探针应用于Fe3+的检测表征。

硬水铝石（α-AlOOH）是铝土矿的主要组成矿物之一, 常用于工业提炼铝以及制作耐火材料。 近年来, 一种具有变色效应的硬水铝石晶体开始在市场中出现。 采用X射线荧光能谱仪、 红外光谱仪、 拉曼光谱仪、 紫外可见近红外分光光度计以及测量颜色参数等方法获得了变色硬水铝石和无变色效应硬水铝石的光谱学特征, 并探讨了其变色效应的成因。 变色硬水铝石在日光下常呈黄绿色而在白炽灯下呈褐红色, 其红外光谱与拉曼光谱与普通硬水铝石的特征峰较为一致, 其中红外光谱中的特征峰主要集中在400~1 200, 1 800~2 110和2 900~3 000 cm-1三个范围内, 拉曼特征峰则主要位于154, 331, 448, 665和1 189 cm-1附近。 对比化学成分分析和紫外可见吸收光谱的测试结果, 认为Fe3+和Cr3+的d—d电子跃迁导致变色硬水铝石在可见光绿-黄绿色光区（500~560 nm）和橙黄-红色光区（600~780 nm）的透射程度较为接近, 环境光源中红光和绿光相对功率分布的差异使硬水铝石产生变色效应。 对变色硬水铝石在模拟日光和白炽灯光条件下的颜色参数进行了测定, 结果显示不同光源下样品颜色参数a*和h0的变化, 可定量地描述变色硬水铝石的变色效应。 为硬水铝石的应用拓展、 性能改善以及氢氧化物材料光学性质的深入探讨提供了科学依据和数据支持。

对一种简单结构的喹哪啶衍生物作为离子荧光探针的性能进行了研究。 探针由8-羟基喹哪啶的2-位引入水杨醛构成, 通过双键连接喹啉环与苯环以及推-拉电子基团构成大共轭结构, 使其发光量子产率提高; 探针分子中的氮、 氧原子提供了良好的配位作用点, 能选择性与离子配合而使荧光性质发生变化。 在乙腈/水溶液中, Fe3+与探针形成1∶1的配合物而使其荧光猝灭, 配合为自发的熵驱动放热过程。 红外光谱和1H NMR滴定推测探针分子中的两个羰基氧和氮的孤对电子参与Fe3+络合, 光诱导引发电子转移过程导致荧光猝灭。 在乙腈溶液中, F-使探针在415 nm处的荧光峰降低, 在560 nm处出现新荧光峰, 形成比率荧光, 荧光由蓝色变为黄色至橙红色。 同时, F-使探针在280和340 nm处的紫外吸收峰降低, 在455 nm处出现新的吸收峰, 形成比率吸收, 颜色由无色变为黄色至橙色。 1H NMR滴定推测探针分子与F-是通过氢键作用。 为一种同时检测阴、 阳离子的双功能探针, 荧光法对Fe3+和F-的检出限分别低至13.6 nmol·L-1和1.6 μmol·L-1, 紫外法对F-的检出限低至16.5 μmol·L-1。 利用探针对F-识别时明显的颜色变化, 建立了可视性, 快速度, 易操作的目视检测微量F-的方法。