具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细描述。下述所使用的实验方法若无特殊说明，均为本技术领域现有常规方法，所使用的配料或材料，如无特殊说明，均为通过商业途径可得到的配料或材料。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1，一种检测水溶液中多种金属离子的超分子荧光传感阵列及方法。具体包括以下步骤：

1、[email protected][7]超分子荧光探针标准溶液的制备

1)取Q[7]134.2mg，以超纯水中溶解，超声，转移于100mL容量瓶，得溶液A，其浓度为1×10^-3mol/L，备用；

2)取RhB 47.9mg，以水溶解，转移于100mL容量瓶，以超纯水定容，得溶液B，其浓度为1×10^-3mol/L，备用；

3)取体积比为1:1(即摩尔比为1:1)的上述溶液A与溶液B进行混和，即得浓度为1×10^-3mol/L的探针溶液，根据需要水稀释为1×10^-5mol/L，即得[email protected][7]超分子荧光探针。

2、[email protected][7]超分子荧光探针标准溶液的制备

1)取Q[7]134.2mg，以水中溶解，超声，转移于100mL容量瓶，得溶液A，其浓度为1×10^-3mol/L，备用；

2)取H3334256.2mg，以水溶解，转移于100mL容量瓶，以水定容，得溶液C，其浓度为1×10^-3mol/L，备用；

3)取体积比为2:1(即摩尔比为2:1)的上述溶液A与溶液C进行混和，即得浓度为1×10^-3mol/L的探针溶液，根据需要水稀释为1×10^-5mol/L，即得[email protected][7]超分子荧光探针。

3、[email protected][7]超分子荧光探针标准溶液的制备

1)取Q[7]134.2mg，以水中溶解，超声，转移于100mL容量瓶，得溶液A，其浓度为1×10^-3mol/L，备用；

2)取BER 40.8mg，以水溶解，转移于100mL容量瓶，以水定容，得溶液D，其浓度为1×10^-3mol/L，备用；

3)取体积比为1:1(即摩尔比为1:1)的上述溶液A与溶液D进行混和，即得浓度为1×10^-3mol/L的探针溶液，根据需要水稀释为1×10^-5mol/L，即得[email protected][7]超分子荧光探针。

4、金属离子标准溶液的配制：

准确称取所需的金属离子Ba²⁺,Hg²⁺,Fe²⁺,Fe³⁺,Pb²⁺,Al³⁺,Cr²⁺(高氯酸盐)的分析纯标准品，用水溶解，配制摩尔浓度为2×10^-1mol/L的各金属离子标准溶液。

5、定性分析：

1)分别向步骤1所得的[email protected][7]超分子荧光探针溶液中加入步骤4所得的不同金属离子标准溶液(超分子荧光探针与各金属离子的摩尔比为 1:50)，静置20min，分别将溶液进行荧光发射光谱测定并观察365nm紫外灯下荧光颜色变化：

[email protected][7]超分子荧光探针本身为亮黄色荧光。若约588nm处的荧光发射轻微降低且从紫外灯下观察荧光颜色几乎不变，则表明该金属离子为Fe²或 Al³⁺；若588nm处的荧光发射明显降低且荧光颜色由黄色变为较暗的黄色，则表明该金属离子为Hg²⁺或Cr³⁺，且荧光颜色相比较偏橘黄色的为Hg²⁺，偏暗黄色为Cr³⁺；若588nm处的荧光发射降低程度更大且从紫外灯下观察荧光颜色由黄色变为更暗的黄色，则表明该金属离子为Ba²⁺或Pb²⁺；若588nm处的荧光强度降低程度最大且从紫外灯下观察荧光颜色几乎完全变暗，则表明该金属离子为Fe³⁺。

2)分别向步骤2所得的[email protected][7]超分子荧光探针溶液中加入步骤 4所得的不同金属离子标准溶液(超分子荧光探针与各金属离子的摩尔比为 1：50)，静置20min，对比荧光强弱的变化和365nm紫外灯下荧光颜色变化：

[email protected][7]超分子荧光探针本身为明亮的青蓝色荧光。若582nm处的最大发射只轻微降低，荧光颜色与探针相比几乎没有变化，则该金属离子为 Al³⁺和Cr³⁺；若该探针在582nm处的荧光发射完全猝灭且紫外灯下荧光颜色也完全变暗，则表明该金属离子为Hg²⁺；若582nm处的最大发射的猝灭程度仅小于Hg²⁺，紫外灯下荧光颜色由青色明显变成暗绿色，则该金属离子为Fe²⁺和Fe³⁺，并且变化程度更大的为Fe³⁺；若582nm处的最大发射轻微降低并伴随蓝移现象，并且从365nm紫外灯下发现荧光颜色由青蓝色变为天蓝色，则表明该金属离子为Ba²⁺和Pb²⁺。

3)分别向步骤3所得的[email protected][7]超分子荧光探针溶液中加入步骤4所得的不同金属离子标准溶液(超分子荧光探针与各金属离子的摩尔比为1： 50)，静置20min，对比荧光强弱的变化和365nm紫外灯下荧光颜色变化：

[email protected][7]超分子荧光探针本身为亮绿色荧光。若约500nm处的荧光发射强度几乎不变，荧光颜色与探针相比也几乎没有变化，则表明该金属离子为 Al³⁺，Cr³⁺和Hg²⁺；若约500nm处的荧光发射明显降低，荧光颜色与探针相比由亮绿色变为暗绿色，则表明该金属离子为Pb²⁺和Ba²⁺和Fe²⁺；若约500nm 处的荧光发射最大程度降低，荧光颜色与探针相比几乎完成变暗，则表明该金属离子为Fe³⁺。

4)分别将1)、2)、3)所得的[email protected][7]、[email protected][7]以及[email protected][7] 在365nm的紫外灯照射下的荧光颜色进行取色设计成一个3个传感元件×7 种金属离子的荧光颜色阵列，由此我们可以明显发现，上述阵列对Ba²⁺,Hg²⁺, Fe²⁺,Fe³⁺,Pb²⁺,Al³⁺,Cr³⁺这7种金属离子的响应有显著的区别，通过矩阵荧光颜色的对比，可以达到很好地区分上述7种金属离子的目的，如图3。

6、统计学数据分析

1)在超纯水中制备[email protected][7](10μM)、[email protected][7](10μM)以及[email protected][7](10μM)这三种超分子荧光探针，使用96孔全黑无菌微量滴定板，分别向每个孔中加入了300μL上述三种探针(浓度均为10μM)与Ba²⁺,Hg²⁺, Fe²⁺,Fe³⁺,Pb²⁺,Al³⁺,Cr³⁺这7种金属离子(500μM，浓度为探针的50倍) 的混合样品溶液，每个混合样品平行五组数据。在全功能微孔板检测仪上依次检测该96孔微量滴定板上混合样品的荧光光谱及最大发射荧光强度。它产生了一个由3个传感元件×7种金属离子×5次平行实验组成的数据矩阵，然后使用SPSS 22.0版对上述数据矩阵进行线性判别分析(LDA)：

LDA模型图中，位于左上角区域为Ba²⁺和Pb²⁺；位于左下角为Fe³⁺；位于中间区域的为Fe²⁺；位于右上角区域的为Al³⁺,Cr³⁺；位于右下角区域的则是Hg²⁺。由数据结果可知，该传感阵列能一定程度上实现对Ba²⁺,Hg²⁺,Fe²⁺, Fe³⁺,Pb²⁺,Al³⁺,Cr³⁺这7种金属离子的检测和识别。

2)使用1)所述方法，本实施例中选择Pb²⁺作为模型分析物，测定了7 种不同的Pb²⁺浓度(0μM，100μM……500μM)的荧光响应，得到了一个由3 个传感元件×6种Pb²⁺浓度×5次平行实验的数据矩阵并用LDA进行数据分析：

LDA模型图中，位于左上角区域的Pb²⁺浓度为500和600μM；位于底部区域的Pb²⁺浓度为200,300和400μM和未知浓度(实际为200μM)；位于右上方区域的Pb²⁺浓度为100μM；位于右下角区域的为空白对照样品。由数据结果可知，该传感阵列能一定程度上实现对不同金属离子的检测(图5)。

为得到本发明方案和验证本发明的技术效果，发明人做了大量实验，部分实验记录如下：

实验案例1：本发明分析方法中各试剂的配制方法。

1)Q[7]、RhB、H33342、BER标准溶液的制备

Q[7]：取Q[7]134.2mg，以超纯水中溶解，超声，转移于100mL容量瓶，得溶液A，其浓度为1×10^-3mol/L，备用；

RhB：取RhB 47.9mg，以水溶解，转移于100mL容量瓶，以超纯水水定容，得溶液B，其浓度为1×10^-3mol/L，备用；

H33342：取H3334256.2mg，以水溶解，转移于100mL容量瓶，以水定容，得溶液C，其浓度为1×10^-3mol/L，备用；

BER：取BER 40.8mg，以水溶解，转移于100mL容量瓶，以水定容，得溶液D，其浓度为1×10^-3mol/L，备用；

2)金属离子标准溶液的配制：

准确称取所需的金属离子Ba²⁺,Hg²⁺,Fe²⁺,Fe³⁺,Pb²⁺,Al³⁺,Cr²⁺(高氯酸盐)的分析纯标准品，用水溶解，配制摩尔浓度为2×10^-1mol/L的各金属离子标准溶液。

实施案例:2：制备[email protected][7]、[email protected][7]和[email protected][7]三个超分子荧光探针。

1)为了确定Q[7]与RhB、H33342、BER形成探针的作用比，发明人采用摩尔比法分别测定了其紫外吸收、荧光发射等，分别对Q[7]与RhB、H33342、 BER之间的相互作用进行了研究；同时还利用Job法进一步确定Q[7]与这三个客体分子之间的的作用比。

例如：将步骤1所得的溶液B(RhB)用水稀释为1×10^-5mol/L，采用摩尔比法测定其紫外可见吸收光谱；固定激发波长为550nm，电压为430V，激发及发射狭缝为5nm，采用摩尔比法测定其荧光发射光谱。RhB纯水中，在 584nm处具有特征的荧光发射峰，当RhB与Q[7]形成复合物后，荧光显著增强。图6显示出了在水溶液中RhB与Q[7]作用的紫外吸收和荧光发射光谱，当RhB(10μM)在水溶液中逐渐加入Q[7](0-30μM),体系的荧光强度不断增强，在λ＝553nm波长处的紫外吸收强度也随着Q[7]的加入轻微红移至 555nm。将步骤1所得的溶液A(Q[7])与溶液B(H33342)用水进行稀释，固定Q[7]与H33342的总浓度为1×10^-5mol/L，采用Job法测定其荧光发射 (荧光条件与上述相同)。由584nm处N_RhB/N_Q[7]荧光强度的关系曲线及Job 法可以看出，RhB与Q[7]的作用比为1:1。因此，可取体积比为1：1(即摩尔比为1:1)的步骤1所得的溶液A与溶液B进行混和，用水稀释为1× 10^-5mol/L，即得浓度为1×10^-5mol/L的[email protected][7]超分子荧光探针溶液。

Q[7]与H33342、BER二者间的相互作用参照Q[7]与RhB的实验方法。其中：测试荧光发射光谱时，H33342激发波长为352nm，电压为410V，狭缝均为5nm；BER激发波长为353nm，电压为485V，狭缝均为5nm。发现Q[7]与H33342作用比为1：2(图7)，Q[7]与BER之间作用方式为1：1(图8)。然后就可以分别得到浓度为1×10^-5mol/L的[email protected][7]超分子荧光探针溶液和浓度为1×10^-5mol/L的[email protected][7]超分子荧光探针溶液。

实施案例3：[email protected][7]、[email protected][7]和[email protected][7]对7种金属离子的定性分析

向实验例1中所配得的[email protected][7]、[email protected][7]和[email protected][7]这3个超分子探针溶液(皆为10μM)中加入步骤4所得的不同金属离子标准溶液(超分子荧光探针与各金属离子的摩尔比为1：50)，静置20min，分别将溶液进行荧光发射光谱测定并观察365nm紫外灯下荧光颜色测试荧光发射光谱时，H33342激发波长为352nm，电压为410V，狭缝均为5nm；RhB激发波长为550nm,电压为430V，狭缝均为5nm；BER激发波长为353nm,电压为485V，狭缝均为5nm。结果显示：对于[email protected][7]而言，荧光响应程度为：Fe³⁺＞Ba²⁺＝ Pb²⁺＞Hg²⁺＞Cr³⁺＞Fe²⁺＞Al³⁺，如图1(a,b)。Fe³⁺能使体系荧光强度降低得最多，Ba²⁺或Pb²⁺仅弱于Fe³⁺，其次为Cr³⁺，然后是Fe²⁺，Al³⁺的加入并不会使体系的荧光强度有明显变化；对于[email protected][7]，响应程度为：Hg^{2 +}＞Fe³⁺＞Fe²⁺＞Cr³⁺＞Al³⁺＞Pb²⁺＞Ba²⁺(图1(c,d))。Hg²⁺能使体系荧光强度降低得最多,几乎完全猝灭，Fe³⁺仅弱于Hg²⁺，其次为Fe²⁺，然后是Cr³⁺和Al³⁺，Pb²⁺和Ba²⁺的加入虽然只让体系的荧光强度轻微降低，但却让荧光发射有了明显的蓝移现象；对于[email protected][7]而言，响应程度为：Fe³⁺＞Fe²⁺＞Ba²⁺＝Pb²⁺＞Hg²⁺＞Cr³⁺＞Al³⁺ (图1(e,f))。Fe³⁺能使体系荧光强度降低得最多，Fe²⁺的降低程度仅弱于Fe³⁺，其次为Ba²⁺和Pb²⁺，然后是Hg²⁺和Cr³⁺，Al³⁺的加入并不会使体系的荧光强度有明显变化。

在365nm下观察了上述7种金属离子分别加入到[email protected][7]、 [email protected][7]和[email protected][7]中颜色变化的情况，如图2所示。对于[email protected][7] 而言(2(a))，探针本身呈亮黄色，Fe³⁺能使荧光几乎完全猝灭；Ba²⁺或Pb²⁺使体系的荧光猝灭程度仅仅若于Fe³⁺，荧光颜色也暗黄色；接着是Hg²⁺或Cr³⁺荧光降低程度比Ba²⁺或Pb²⁺稍微轻一些，荧光颜色为较亮的黄色；而Fe²⁺或Al³⁺使体系荧光降低不明显，与探针相比区别不大。对于[email protected][7]而言 (图2(b))，在365nm紫外灯下，探针本身在水中为亮青色荧光，荧光十分强。 Hg²⁺的加入会使体系荧光完全猝灭，此时在等下观察不到荧光；Fe²⁺和Fe³⁺的加入会使体系荧光明显减弱，颜色由青色明显变成暗绿色；Ba²⁺和Pb²⁺让体系荧光颜色由亮青色变为亮蓝色；Al³⁺和Cr³⁺则不会让体系的颜色发生明显变化。对于[email protected][7](图2(c))而言，探针本身呈绿色，Fe³⁺能使体系荧光变成暗绿色；Fe²⁺使体系荧光颜色变暗的程度仅小于Fe³⁺；Ba²⁺和Pb²⁺也能使体系的荧光颜色变暗，但程度比不上Fe³⁺和Fe²⁺；而Hg²⁺、Cr³⁺或Al³⁺使体系荧光颜色的变化程度就非常微弱了，与探针自身相比没有明显区别。

实施案例4：[email protected][7]、[email protected][7]和[email protected][7]超分子荧光探针对7 种金属离子的统计分析

1)阵列实验在96孔全黑无菌微量滴定板上进行。向每个孔中分别加入 300μL的[email protected][7](10μM、[email protected][7](10μM)、[email protected][7](10μM)与金属离子(500μM)的混合样品溶液，每个混合样品重复平行五组数据。在全功能微孔板检测仪上分别检测该96孔微量滴定板上样品的荧光光谱及最大发射荧光强度。它产生了一个由3个传感体系×7种金属离子×5个重复组成的数据矩阵，该数据矩阵使用SPSS 22.0版进行线性判别分析(LDA)，如图4。结果显示：此传感阵列可以正确分类91.4％的金属离子(表1)。Ba²⁺, Hg²⁺,Fe²⁺,Fe³⁺,Pb²⁺,Al^{3 +},Cr³⁺这7种金属离子在利用Fisher函数建立的 LDA判别模型下有非常明显的区分度，因此该传感阵列能定性地识别和区分 7种金属离子。分析可知主要引起错误的是Ba²⁺和Pb²⁺,有两个Pb²⁺被误判为 Ba²⁺，一个Ba²⁺数据被误判成了Pb²⁺，所以在此传感阵列中Ba²⁺和Pb²⁺间会存在一定的相互干扰。

2)分别在96孔板上加入300μL不同浓度梯度的Pb²⁺(0mol·L^-1，100 μM，200μM，300μM，400μM，500μM，600μM+一个未知浓度(实际为 200μM))，分别与[email protected][7](10μM)、[email protected][7](10μM)及[email protected][7](10 μM)的混合样品，每个混合样品平行五组数据。在全功能微孔板检测仪上分别检测这些样品得到3个传感体系×6种Pb²⁺浓度×5个重复组成的数据矩阵，该数据矩阵使用SPSS 22.0版进行线性判别分析(LDA)，如图5。结果显示：该阵列能够正确地对97.1％的Pb²⁺浓度数据进行分类(表2)。不同的 Pb²⁺浓度在利用Fisher函数建立的LDA判别模型下有非常明显的区分度，因此该传感阵列能定性地识别和区分7种金属离子；并且该阵列能够将未知数据中4个数据都成功地判别到200μM的浓度范围。这些结果令人鼓舞，并进一步显示了该传感器阵列的多功能性，能定量对金属离子进行检测和识别。

表1超纯水中传感阵列对不同金属离子的LDA分类(留一交叉验证法，分类错误的的数据后面标有(×))

表2超纯水中感阵列对不同浓度Pb²⁺的LDA分类(红色表示分类错误)

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。