磷酸根阴离子家族不仅是生命体重要组成成分,在许多生命活动中起着非常关键的作用,而且在许多工业生产中也有着广泛用途。最近几十年里,关于磷酸根阴离子家族的相关研究已经引起越来越多科研小组的关注和重视。其中,基于有机小分子荧光探针对磷酸根阴离子的识别十分重要,体现在操作简单、反应快速,能够高灵敏、高选择性实现靶物离子的识别和测定。另外,基于核苷酸修饰纳米颗粒的分子光谱识别方法能够将纳米粒子的等离子共振光信号转换为溶液颜色的变化,从而实现对目标分子实时原位的色度法检测,也有着较好发展前景。磷酸根阴离子家族结构上的相似性使得在针对某一种磷酸阴离子进行探针设计方面具有较大挑战性。本文合成了含有咪唑或吡啶的荧光有机小分子,成功应用于特定磷酸阴离子的荧光识别和检测,主要研究内容如下：1.合成了一种三吡啶的衍生物(4-甲苯-2,2’：6’,2”-三吡啶(简称uptpy)),并利用其锌离子络合物实现了对无机焦磷酸盐的选择性荧光识别和测定。由于三吡啶衍生物在合成上的方便易行以及容易与金属离子螯合等优良特性,该类衍生物大量报道用于溶液中金属离子的分析检测,仅有部分应用于阴离子的荧光识别和测定。我们发现锌离子与mptpy络合后会引起mptpy分子内电荷的转移,导致其荧光光谱红移；而焦磷酸盐的加入则会抑制锌离子所引起的分子内电荷转移,从而使得荧光光谱发生蓝移。据此,建立了焦磷酸盐选择性荧光识别和检测的方法。该方法简单、快速、易操作,且具有较高选择性,能够很好地将焦磷酸盐与其他结构相似的磷酸阴离子进行有效区分。2.建立了基于咪唑衍生物(1,4-二甲基咪唑苯)锌离子络合物(简称bix-Zn(II))的荧光比率法高选择性识别GTP。由于基于两个不同波长处荧光信号的比值,荧光比率法不容易受pH、反应试剂浓度、光源强度以及仪器灵敏度等外部条件影响,具有较高选择性和灵敏度。本研究发现,当受到230nm激发光照射时,bix-Zn(II)在289nm处特征荧光峰强度会随着GTP浓度增大而降低；同时,在341nm处出现一个新峰,从而在300nm处形成一明显等发射点。利用GTP与锌离子之间特异性荧光增强以及bix-Zn(II)本身荧光信号的降低,我们成功实现了对GTP高选择性的荧光比率识别。此外,含有鸟苷碱基的单链DNA同样可以引起bix-Zn(II)的荧光比率反应,从而使得其有可能发展成为DNA中鸟苷碱基特异性识别探针。3.建立了基于bix-Zn(II)和Hoechst33342以及FITC染料之间的FRET体系。因为传感模式易于控制,FRET机制已被广泛用于生物大分子的结结构和动力学分析。为实现对GTP的选择性荧光识别,本体系利用供体发射峰与受体吸收峰之间光谱重叠与否成功实现了小分子间FRET过程的构建。相对于没有加入染料之前,该FRET过程的Stokes位移大大增加,荧光检测信号发生红移,有利于复杂生物背景下相关样品的测定。4.利用碱性条件下,锌离子对GTP的特异性荧光增强效应,成功实现了对GTP选择性荧光识别,并对金属离子引起GTP荧光增强的性质进行了研究和探讨。在很多生物体的生命过程中,都需要金属离子与核苷酸共同参与才能完成,这使得核苷酸与金属离子之间作用机制的研究越来越受重视。当用280nm光源激发时,GTP仅在346nm处出现一个几乎可以忽略的荧光峰；而锌离子的加入能够引起该荧光峰较大程度的增强。我们发现GTP和锌离子间特异性绑定作用的荧光光谱研究方法简单方便、反应迅速,具有较好选择性,能够将结构非常相似的GDP和GMP等磷酸阴离子进行区分。5.基于碱基U和三聚氰胺间特异性的氢键绑定作用,合成了UTP修饰的金胶(UTP-AuNPs)并成功实现了对三聚氰胺高选择性的实时识别和检测。其他核苷酸(ATP、CTP以及GTP)修饰的金胶并不具备同样性质。利用加入三聚氰胺前后金胶等离子共振吸收(LSPR-A)和等离子共振散射(LSPR-LS)光谱性质的变化,我们建立了一种基于UTP-AuNPs对水溶液中三聚氰胺简单、灵敏、高选择性的可视化检测以及散射光谱测定方法。总体来说,本文基于磷酸盐家族阴离子与不同有机小分子间特异性的结合作用,不仅建立了对无机焦磷酸盐以及生物核苷磷酸盐选择性荧光识别和测定的方法,而且还实现了基于核苷酸修饰纳米颗粒对三聚氰胺的分子识别和检测。上述光谱识别的方法具有简单快速、高灵敏以及高选择性等优势,具有较好应用前景。