采用冷却结晶和筛分法研究了响应曲面法设计下pH值、Fe3+浓度、搅拌速率各因素不同水平对平均粒径和变异系数影响程度, 构建了平均粒径2次回归模型和C·V·值2FI回归模型, 深入探究了各影响因素之间交互作用, 研究表明: 各因素对平均粒径和C·V·值影响程度为母液pH>搅拌速率>Fe3+质量浓度; 各因素之间交互作用对晶体平均粒径和C·V·值影响程度为AC >BC >AB; 当母液pH为5.5、搅拌速率为150 r/min、Fe3+质量浓度为0.3 g/L时, 可得到平均粒径为0.985 mm、C·V·为793.719的晶体; 经验证模型值与实验值误差较小, 回归模型具有良好拟合度和可靠性。

Fe3+在人的许多生理过程中扮演着重要的角色, 例如氧气运输、DNA合成、髓磷脂合成、线粒体呼吸、神经递质合成和代谢等。然而, 过量的Fe3+会诱导细胞产生·OH从而引起细胞损伤, 并且还会诱导β-地中海贫血、帕金森病、癫痫和阿尔茨海默病等疾病的发生。因此, 对Fe3+的检测和监测具有非常重要的意义。本文设计并合成了一种以三苯胺为母体的增强型Fe3+荧光探针BL, 并将其应用于实际水样中Fe3+的识别。结果表明, 探针BL对Fe3+的识别具有较高的灵敏度, 其检测限低至0.165 μmol·L-1。同时, Fe3+的加入会导致探针溶液的荧光颜色由蓝绿色变为黄色, 能够达到“裸眼”识别的效果。通过高分辨率质谱证明了探针与Fe3+为1∶1配位。利用密度泛函理论计算了识别Fe3+前后轨道能级和电能的变化并解释了其荧光光谱现象。

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。

铁是一种必需的微量元素, 它在生命过程中起着重要的作用, 但是摄入过多的三价铁会使机体的载氧能力下降, 引起不稳定血红蛋白病以及高铁血红蛋白症等疾病。 无论是从人类健康还是环境保护角度出发, 探究简便、 快速、 灵敏度高和选择性好的检测Fe(Ⅲ)的分析新方法很有意义。 荧光分析是一种优异的分子光谱分析方法, 具有灵敏度高、 选择性强、 操作简单等特点, 在重金属离子的检测方面也取得了较好的进展, 目前利用荧光法测定Fe3+也有报道, 但有的灵敏度不高, 有的选择性不好, 有的试剂毒性较大。 报道了一种简单、 快速、 灵敏检测Fe(Ⅲ)的四甲基联苯胺(TMB)荧光分析新方法。 在pH 4.5 Tris-HCl缓冲液及35 ℃水浴条件下, H2O2氧化无毒易得的四甲基联苯胺(TMB)这一反应较慢; 当有痕量Fe(Ⅲ)存在时, 它催化过氧化氢(H2O2)氧化TMB生成具有较强荧光活性的TMB氧化产物(TMBox), 用激发波长280 nm激发, TMBox在405 nm处有一个较强的荧光峰, 且在一定的范围内, 随着Fe(Ⅲ)浓度的增大, 其荧光强度线性增强。 采用单变量变换法优化了荧光分析条件, 选择Tris-HCl缓冲溶液的pH为4.5, 其浓度为3.3×10-4 mol·L-1, TMB浓度为3.0×10-5 mol·L-1, H2O2浓度为6.0×10-6 mol·L-1, 在35 ℃条件下反应35 min。 在选定条件下, Fe3+浓度在0.027～400 nmol·L-1范围内, 随着Fe3+浓度的增大, 体系在405 nm处的荧光信号线性增强, 其线性方程为ΔF405 nm=2.31c+5.0, 线性相关系数R2为0.985, 其检出限为0.008 nmol·L-1。 考察了共存物质对测定200 nmol·L-1 Fe(Ⅲ)的影响。 结果表明, 当相对误差在±10%之内, 20 μmol·L-1的HCO-3, K+, SO2-4, NH+4, Mn2+, Na+, Cu2+, Al3+, Zn2+, F-, Mg2+, Ba2+, Ca2+, Co2+, NO3-, NO2-, 10 μmol·L-1的CO2-3, Cr6+, 2 μmol·L-1的Hg2+, BSA不干扰测定。 表明该法具有较好的选择性。 据此, 建立了一个简单、 快速、 灵敏高、 选择性高的测定Fe(Ⅲ)的荧光分析新方法。 按以下步骤制备了乳制品的样品溶液, 准确吸取1.4 mL乳制品加入600 μL乙酸(V/V=3％), 于10 000 r·min-1下离心3 min, 然后吸取离心上清液1mL加入48 μL 2.5 mol·L-1 NaOH定容至2 mL, 于10 000 r·min-1下离心3 min, 最后吸取1 mL上清液稀释至5 mL得到样品溶液。 然后采用该催化荧光分析新方法测定了牛奶样品中Fe(Ⅲ)含量, 结果令人满意, 其相对标准偏差为0.29%～0.41%, 回收率为94.6%～108.0%。

为了研究氮掺杂对纳米碳点荧光发射行为的影响和探索掺氮碳点的快速制备途径, 以2-氨基对苯二甲酸为前驱体, 与不同的修饰剂一起溶解于去离子水中, 经微波辐射3 min, 一步法合成了新型掺氮碳点。实验结果表明: 制备的掺氮碳点水溶性好, 发蓝色荧光, 且发射行为不依赖于激发波长; 颗粒近似为球形, 尺寸5～8 nm, 晶面间距为0.23 nm, 接近石墨碳(100)面晶格结构; Fe3+通过与掺氮碳点表面含氧基团的络合配位, 可有效地猝灭其荧光, Fe3+浓度在5～60 μmol·L-1的范围内与相对荧光强度呈现良好的线性关系, 检出限约为1.01 μmol·L-1, 可以作为检测Fe3+浓度的荧光探针。

采用光谱法研究了Fe3+/Fe2+离子对CS-Fe3O4@ZnS∶Mn/ZnS磁性荧光复合纳米粒子(MFNPs)与牛血清白蛋白(BSA)相互作用的影响.研究结果表明, CS-Fe3O4@ZnS∶Mn/ZnS MFNPs对BSA具有荧光猝灭作用, 在有Fe3+/Fe2+离子存在时, 猝灭作用进一步加强.对猝灭曲线进行分析, 确定Fe3+/Fe2+离子对CS-Fe3O4@ZnS∶Mn/ZnS MFNPs 的猝灭为生成复合物引起的静态猝灭, 对BSA的猝灭是由碰撞引起的动态猝灭, 在有Fe3+/Fe2+离子存在时, 一方面, CS-Fe3O4@ZnS∶Mn/ZnS MFNPs通过静电作用与BSA结合形成CS-Fe3O4@ZnS∶Mn/ZnS MFNPs-BSA复合物, BSA分子结构发生改变, BSA荧光强度降低; 另一方面, Fe3+/Fe2+离子以动态猝灭的方式作用于BSA, Fe3+/Fe2+离子与CS-Fe3O4@ZnS∶Mn/ZnS MFNPs共同作用于 BSA, BSA分子结构遭到进一步破坏, 荧光猝灭更剧烈.紫外辐射条件下, 相互作用进一步加强.

为了准确在线测量微生物燃料电池(MFC)内Fe3+的浓度，基于倏逝波原理研制了一种D形塑料光纤Fe3+浓度传感器。采用静电层层自组装技术，将含有Fe3+指示剂的材料组装在D形光纤表面，构成Fe3+敏感区。实验研究表明: 传感器的灵敏度、响应时间与敏感膜的厚度和指示剂的含量有关。当Fe3+敏感膜自组装层数为20层时，传感器对含Fe3+离子溶液浓度为0.01mol·L-1的响应时间约13min，最低检测极限达10-6mol·L-1，表明该传感器对Fe3+离子水溶液具有良好的光学响应性能。

利用三维荧光-紫外光谱表征了荧光猝灭剂的赋存状态, 当样品体系中存在Fe(Ⅲ)的情况下, 胡敏酸会发生荧光猝灭现象, 而其紫外光谱基本不受影响。 考察了胡敏酸荧光强度I值（Ex/Em=300 nm/510　nm）和紫外吸光度A值（UV300）的变化, I/A比值越小, 说明水样中猝灭剂Fe（Ⅲ）浓度越高。 当胡敏酸为10, 15和20　mg·L-1时, 根据Stern-Volmer公式I/I0=1－fc×Kc×［c］/(1+Kc×［c］)以及拟合函数I/A=f×［k/(CFe3++c)+b］, 拟合得到荧光猝灭常数Kc=1.08～1.15, 比例系数fc=1.10～1.14之间, 胡敏酸荧光强度值与吸光度比值(I/A)及铁离子浓度(cFe3+)相关曲线系数f=0.83～1.19, k=587.19～612.19, c=0.87～0.92, b=－87.09～－46.36, 拟合曲线相关性R2均为0.99。 Stern-Volmer公式描述了Fe(Ⅲ)对胡敏酸荧光的猝灭作用, 但实际样品测定时难以获得无猝灭剂时的荧光强度I0。 基于荧光强度I0与紫外吸光度A之间的内在联系, 两者比值I/A与Fe(Ⅲ)浓度c的拟合函数亦可以反映Fe(Ⅲ)对胡敏酸荧光的影响。 利用拟合公式预测城市污水厂及纳污河流样品的树脂分离富集液中铁离子浓度, 与电感耦合等离子体发射光谱仪实际测量值相比, 铁离子浓度较高的情况下(铁离子浓度大于0.4　mg·L-1时)预测结果较好, 可以判断猝灭剂的存在及相应浓度。

氧化亚铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferrooxidans, L.f)是一种极端嗜酸, 专性自养氧化铁的细菌, 能够耐受较低pH和较高的温度, 被广泛应用于生物浸矿和环境治理。氧化亚铁钩端螺旋体菌的生物浸矿效率与其对Fe2+氧化速率相关, 因此, 本文采用响应面法, 通过建立二次多项式回归方程考察pH、温度、Fe2+浓度及转速四个培养因素对Fe2+氧化速率的影响。结果显示在pH为2.25、温度为32 ℃、初始Fe2+浓度为175.36 mmol/L、转数为165 r/min时, Fe2+最高氧化速率为0.2911 g/Lh。