1. 研究目的与意义
现代人们的物质生活日渐丰富，大多数人已不再为温饱而发愁，并将关注点转移到自身的生命健康上来，避免患上疾病。然而，当下环境污染问题形势严峻，许多污染物中含有的可溶性离子会溶解在土壤，家禽、鱼类体内中，在被人类食用后形成生物富集现象，严重危害了人体健康。故随之而来的大量碳排放，水资源污染和垃圾焚烧等环境污染问题不仅威胁到每个人的健康安全，更危害到整个生物圈，是当今亟待解决的重要问题。方法之一便是可以对污染性的可溶性离子进行检测如：Zn2 、Al3 、Hg2 等，避免其超标而导致人体内稳态失衡。
随着目前超分子化学地蓬勃发展，荧光传感器领域逐渐成为研究的热门。荧光传感器的功能强大，可以对周围环境和人体内部进行分子甚至离子层面的检测，所以在环境保护以及保障人体健康方面，起到至关重要的作用。一些荧光传感器种类在与离子结合后，会明显表现于紫外光谱或荧光光谱上，例如发生荧光淬灭等现象。更有甚者，可以使用裸眼检测到，大大提高了灵敏度和检测效率，蒽腙类荧光传感器由于其独特的化学结构，具备了以上优势。因此，使用蒽腙类荧光传感器对环境及人体内分子、离子进行检测是十分必要的。
2. 课题关键问题和重难点
蒽腙类荧光传感器其化学结构主要由多环芳烃（蒽类）以及腙类官能团构成，首先需要解决的问题是寻找合理可行且相对经济的合成路线。了解蒽腙类物质理化性质，利用多环芳烃蒽衍生物的化学性质优势，构建一种荧光传感器。设计合成的蒽腙类荧光传感器可能存在不同化学结构，利用光谱仪器探索不同化学结构的荧光传感器对Hg2 的灵敏度及选择性。在此过程中，需注意溶剂的选择，不同PH值的溶剂或不同种类的溶剂（纯水或有机溶剂）都可能对荧光传感器的性质造成影响。
在使用各类光谱仪器前，掌握其基本操作方法，避免对仪器造成损伤。在使用前预先估计实验结果，例如探究在不同PH的溶剂中，传感器对金属离子显示荧光淬灭能力，需提前了解不同PH可能造成的影响，这样才会设计出良好的溶剂PH梯度。对于密度泛函理论，还需掌握部分量子力学知识，需查阅大量资料和文献，这也是一个挑战。
3. 国内外研究现状（文献综述）
针对用荧光传感器对Hg（Ⅱ）离子进行检测的问题，国内外已经有大量研究员开展了相关的研究。基于相关文献，夏小超等众多学者的研究主要通过各类色谱仪器进行实验，探究传感器在汞离子加入后于仪器上的表征情况。大多数学者采用理论与实验结合的方法，结合相关实验数据，如：荧光发射波长的变化，来推断出传感器内部具体机理。具体包含以下方面。
国内研究现状：
对于汞离子的含量检测，国内已经研制出多种荧光传感器，其中包括以纳米构筑[1]，大环化合物，分子印迹法[2]，碳点合成或氮化碳纳米[3]等技术为基础合成的荧光传感器，不过其中部分需要与罗丹明B共同作用，以达到显色并增强荧光的作用。周军研究员在碳点合成及用于检测汞离子的碳点荧光传感器研究进展中提出了碳纳米点（CDs）概念在汞离子检测中发挥了重要作用。由于其制备简单、荧光度高、生物相容性好、毒性低、水溶性强和表面易功能化等特性，在光电器件、生物成像、光热治疗、离子检测等领域得到了广泛的应用[4]。文中采用水热法合成水溶性目标碳纳米点，原理是基于CDs与金属离子或相应适配体等形成复合体系，再与待测组分发生相互作用，荧光强度变化与待测组分浓度之间存在一定线性关联性，从而实现待测组分的汞离子定量分析。随着超分子化学发展，由大环化合物构成的荧光传感器合成成功，如：冠醚类、环糊精类等[5]。胡甘霖研究员对此进行了总结，通过对目标传感器荧光强度的测定，并对大环化合物具体化学结构进行分析，证明了此种荧光传感器的有效性。
4. 研究方案
首先，通过文献研究法，与导师交流后确定该蒽腙类荧光传感器的具体化学结构式，观察法分析其结构上的优缺点以及化学性质，便于后续确定相应溶剂等操作。然后进行实验法，可能经过反复试错后，成功合成该荧光传感器。具体合成路线初步以蒽醛为原料进行合成，后续查阅更多文献后可对合成路线进行进一步优化及更改。
合成荧光传感器后，确定以重金属汞离子检测为目标，进行实验方案的设计。设计目的：研究荧光传感器结构与荧光性能间构效关系。故会合成多种不同结构的蒽腙类荧光传感器，利用比较分析方法，对比不同结构的荧光传感器，分析其结构间差异。接着以晶体结构和密度泛函理论为基础，再利用有机化学及仪器分析相关知识，预估结构可能的功能并从理论层面得出该荧光传感器的作用机理。
最后，再通过实验方法，分析该蒽腙类荧光传感器在不同环境下的荧光淬灭，灵敏度等化学特性，实验可采用梯度PH或梯度汞离子浓度方法，探究传感器在不同PH值或不同汞离子浓度下的荧光响应能力，接着可能需要应用到计算机软件如：origin或python等，拟合曲线来反映出传感器荧光能力与变量关系。利用各类仪器，如：紫外光谱仪和电子显微镜，考察传感器在具体样品中的性能。
5. 工作计划
实验开始前，继续进行相关文献的阅读，了解蒽腙类化合物结构，针对性的进行合成原料的调查搜索。在开始项目的一周内完成目标荧光传感器的合成路线设计，接下来进行对传感器的合成与构筑。同时探索并了解蒽腙类荧光传感器基本机理。
一个月后，以重金属汞离子检测为目标，探索不同浓度汞离子下，传感器的灵敏度及效应。其可以通过在紫外光谱和荧光色谱上的各项数值体现，观察化学结构式，研究结构与荧光性能的关系。掌握荧光发射波长、荧光淬灭等在实验中对于荧光传感器的意义。最后，考察荧光传感器在实际样品中的应用并观察检测结果，结合实验数据进行论文的撰写。
实验中勤奋好学，与指导老师沟通交流，面对仪器时，熟练掌握操作方法。在科研过程中，学会与他人合作解决难题。
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