重金属污染是目前人类面临的非常急迫且极其严重的问题,一般而言大自然中重金属的存在处于天然浓度范围,但是由于长期的采矿、冶炼、电镀以及工业化进程中产生的重金属随雨淋和自然沉降过程进入水体、土壤,或者随城市居民生活污水排放进入水体,导致自然界中重金属含量不断累积,对生态环境产生了不可逆的影响。重金属能够通过食物链进入各类生物乃至人类体内,并且具有长期积累、不可降解的特点,导致人类因摄入过量重金属而身患疾病。而随着经济社会的发展和人们环保意识的增强,这些环境污染问题越来越受到关注,对于水环境中重金属离子的检测已经不满足于传统的检测方法,检测方法和技术由单一的检测手段转型到多种新型技术相结合,发展简单、快速、便携式检测系统成为未来的发展趋势。本文的主要研究内容和创新性工作如下:1.设计了结合智能手机终端的便携式电化学检测系统,实现了水环境中多种重金属离子的快速检测。本文提出了一种结合智能手机终端的便携式电化学检测系统,该系统由基于安卓系统的智能手机软件,硬件电路及多传感器部分构成,实现了循环伏安法(CV)和差分脉冲伏安法(DPSV)等多种电化学分析方法。研究了以银电极和汞膜玻碳电极作为工作电极的饮用水中重金属铅、镉离子的实际样品检测,铅、镉离子的检出限均低于我国《生活饮用水卫生标准》中要求的浓度。实验结果表明,该便携式电化学检测系统可满足饮用中重金属离子的快速检测,相较于传统的检测仪器和方法,具有仪器体积小、可移动检测的优点。2.设计了基于智能手机的上位机软件系统,包括信号数据采集、可视化显示和数据分析等功能,提高了检测系统的可携带性本文以Android平台为基础,使用Java语言设计并实现了系统上位机控制软件,可作为重金属电化学检测系统中的移动终端。该软件具有传输、检测控制、数据采集、可视化显示和数据分析等功能。手机软件使用基于TCP/IP协议和套接字(socket)实现了与下位机之间的无线通讯,使用开源图表库(AchartEngine)实现了曲线数据实时绘制和显示功能。此外,该软件还实现了参数设置、历史数据保存、数据处理、浓度计算等功能。最后与硬件系统联调,对软件的整体功能进行测试评价,实验结果表明该移动端分析控制软件主要功能均能正常运行,软件操作难度小,使用成本明显降低。3.提出了一种核酸适配体-纳米金比色传感器结合智能手机的可视化检测方法,实现了水环境中镉离子的高通量检测本文设计了一种结合智能手机和纳米金-核酸适配体,用于水环境中镉离子检测的可视化传感器系统。该系统以镉的核酸适配体作为特异性识别分子,纳米金材料为介质,基于比色原理进行检测。本文用柠檬酸三钠还原氯金酸法制备了纳米金颗粒,研究了纳米金与镉的核酸适配体相互作用机理,并应用于快速检测水环境中重金属镉离子实验中,结果显示该检测系统的吸光度比值与镉离子的浓度呈现良好的线性关系,检测线性范围2-20μg/L,检测限为1.15μg/L,在高通量检测中具有一定的应用前景。4.探索了一种量子点作为荧光探针,结合重金属络合剂(EDTA)的荧光传感器,有望实现水环境中痕量镉离子的特异性和定量的检测。本文研究了以CdTe量子点作为荧光探针并结合金属络合剂的荧光检测传感器的设计方法。研究了 CdTe量子点荧光猝灭和恢复的机理和实验条件,以提高检测镉离子的灵敏度。实验结果表明,EDTA-CdTe量子点的荧光恢复强度与溶液中的镉离子浓度呈良好的线性关系,得到检测范围为20-400μg/L,检出限为13.7μg/L。此外,该方法使用先猝灭后恢复的方法,能避免其他因素干扰对测试结果的影响。实验结果表明,该检测方法对干扰金属离子具有较高选择性,是一种响应速度快、操作简便、成本低、重复性好、选择性好的检测方法。