1 引言

汞属于重金属，该化学物质在生理特性上表现为很强的毒性，汞由于在大自然中广泛存在，能在土壤、水体、大气、生物之间相互转化和迁移，并且能够很高的富集在生物体中，所以汞引起的环境污染是目前引人注意的高污染物。汞的环境影响根据其在环境中存在的不同形态来表现出不同的毒性。吞食微量的汞液体单质不会造成中毒的现象，但是汞蒸汽和汞盐的口服、接触和吸入即可引起肝脏和脑部的损伤。有机汞的毒性在各种形态中毒性最大，在自然界中无机汞可通过生物转化和非生物转化成有机物，其中在汞有机化合物中二甲基汞是非常危险的，能够引起的各种疾病包括在运动上、消化上，而且能够导致大脑永久损伤，致死量达到微升。汞能够被呼吸道、消化道和皮肤吸收在生物体重，并且累积在生物体中^[1,2]。日本的熊本县在上个世纪的50年代，发生了由于汞而造成的水俣病的事件，这一事件广泛的引起了世界的关注^[3]。造成该事件的原因是工厂废水随意排放，导致水体汞含量的增加，人们长期捕食受污染的鱼类，重金属汞富集在体内，引起了居民大量出现四肢麻木并且疼痛、运动失调、甚至造成胎儿的畸形等汞中毒的症状^[4]。

2 传统汞元素及其衍生物的检测方法

目前关于汞和汞衍生物的相关检测方案已经有大量的文献记载，并且在这些方案中使用仪器的检测方案是最为普遍的，且能较好的定量检测出元素，比如：原子发射光谱法、原子吸收光谱法、x射线荧光光谱法、等离子体感应光谱法等。还有一些特殊的方法可用于提高检测效果，例如：悬液计测量悬液法^[6]、双硫腙比色法、阳极溶出伏安法^[5]、中子活化分析法等。但是，传统的仪器检测及在仪器基础上衍生出的方法都是需要昂贵的测试费用和较高的专业技术人员操作，并且此类方法步骤较多，需要消耗大量时间，测试有限的样品量。此类检测方法需要在特定的环境中进行，必须采集样品后在实验室中完成数据的收集，收集过程中容易造成对样品的污染，不能满足在不同环境中不同的测量要求。开发一种能简单、快捷的汞元素检测方法具有必要性，分子识别在该方面具有很大的优势，且符合检测的要求。

3 荧光分子探针分析法

当某种物质在常温下受到的光照射时，能够吸收一定波长的光波而呈现出激发的状态，当停止照射时，该物质立即会从激发态降至基态，并且发出比入射波要长的光波，能够以该形式发出的光波成为荧光^[7]。荧光的原理为：原子受到光照后，原子周围的电子由原来的轨道跃迁到较高能量的轨道，也就是从基态跃迁到激发态，在高能量轨道的电子是不稳定的，会重新恢复到基态轨道，释放的能量以光的形式发射出去，也就是荧光。用精确的理论来定义，荧光就是指因外来光子的能量辐射被分子吸收后分子由基态受到激发变成了激发态，然后由分子的第一位电子的激发态由高能级跃迁回低能级就会发出辐射并且伴随发光的现象^[8]。荧光分子分析方法中，一些化合物具有的荧光性质能用来标记待检测物分子的物质又被称为荧光分子探针。从严格定义上讲，荧光分子探针指的就是能特异性识别个别的组织并且又不会干扰到其组织成分自身荧光的一类荧光化合物^[8]。

荧光分子探针的组成一般分为两个部分：1）荧光基团，由于识别基团能够与被分析物络合而引起化学环境的改变发出的输出信号能够被观察检测到 (如发出的荧光)；2）识别基团，一般以形成络合物的形式选择性地结合上被分析的物质，这能够改变分子探针所处的化学环境。荧光分子探针一般都含有共扼双键体系类的有机化合物，发射波长大部分处于可见光区，激发波长大部分处于可见光区或近紫外区^[9]。一般情况下，荧光分子探针吸收激发光的难易程度与体系的共轭结构有很大的关系，共轭结构大的探针越容易吸收，所以其体现出较强荧光强度。一般使用芳香族化合物作为荧光基团，例如稠环类芳烃，以芘^[12]、蒽^[11]、萘^[10]相对来说具有稳定而强的荧光。一般常见的荧光类物质包括罗丹明^[15]、荧光素^[14]、卟啉^[13]、香豆素^[16]等。

荧光分子探针的特点：1）探针发出的荧光须区别与生物类样品的荧光；2）主体不会被探针所干扰；3）探针能作为研究生物活体或者在生物体外自然条件下，因此荧光分子探针的使用有着严格的要求包括使用pH范围、毒性、以及生物相容性等 ^[8]。通常荧光分子探针分析法具有的特征：1)具有较大的有斯托克斯位移，即在荧光光谱中所观察到的荧光波长总是大于激发光的波长；2)荧光发射光谱的形状与激发波长无关；3）高灵敏度、特异性选择；5) 仪器设备操作简单，取用样量比较少，方法简捷，并且重现性能好^[17]。因此荧光分子探针的改良以及创新，吸引着越来越多的科学工作者。

4 罗丹明类汞离子荧光探针

在荧光分子探针的分析方法中，要求荧光探针的荧光量子的产率高、摩尔吸光系数较大、荧光发射波长应处于较长发射波的范围且具有大的斯托克斯位移^[7]。罗丹明及其衍生物属于咕吨类碱性染料，是重要的荧光类染料。罗丹明分子有刚性共平面结构，因为苯环间存在氧桥，所以能增强分子的结构稳定性，具有较大的摩尔吸光系数、较高的荧光量子产率及较长的激发波长，在红色可见光区(500 nm-700 nm)受样品背景干扰相对较少，恰能满足荧光分析的要求。此外，罗丹明类化合物的水溶性好，适用的pH范围宽，可在生物体的pH条件下使用。所以以罗丹明为母体的荧光探针被广泛应用于离子及小分子的检测、生物体内活性氮氧簇化合物ROS、RNS的分析和检测以及复杂生物体系的研究等领域。