协调两个化学传感器对于FeIII和CrIII的选择性.docx
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协调两个化学传感器对于FeIII和CrIII的选择性
前言
荧光化学设备的发展是一个有前途的领域。
[1]在这个领域中一个重要的区域是设计各种金属离子的荧光化学传感器。
[2]离子在宽广的化学与生物进程中起了根本的作用，并且在有效的荧光化学传感器的发展上做出了许多的成就。
传感器由于它们的简单性，高灵敏度和瞬时响应，基于离子诱导在荧光中的变化似乎变得特别的有吸引力。
[1,2]三价铁离子是人类必须元素，它提供血红素的携氧能力并且在许多酶促反应中作为一个辅助因子参与在线粒体呼吸链中。
同时，三价铬离子也是一种人类必须的营养物质，它的不足会导致葡萄糖水平和脂质代谢的失调。
另一方面，铬是一种环境污染物，由于它在各种工业和农业活动中的积累，成了一个令人担忧的问题。
[3]因此，发展出在生理pH值条件下能够测定出环境样品和生物样品中铁离子和铬离子的存在的化学传感器是非常必要的。
在过去的几十年里，已经在致力于发展各种金属离子的荧光化学传感器上付出了相当大的努力。
到目前为止，已经获得了一些Fe（III）-选择性荧光化学传感器；[4]然而主要是由于缺少一个适当的Cr（III）选择性配体系统，很少有Cr（III）的荧光传感器被报道，只有Sarkar等人报道了一个包含迪（2-ethylsulfanylethyl）胺在四氢呋喃中作为Cr（III）一个选择性受体的一部分。
[5]此外，到目前为止在水系统中没有Cr（III）的荧光传感器被成功设计出来。
由于顺磁性Fe（III）和Cr（III）被描述为两个过渡金属离子之间的最有效的荧光猝灭剂，通过螯合荧光增强（CHEF）信号转导发生这些固有的淬火的金属离子是一个具有挑战性的任务。
由于它独有的结构性质，罗丹明框架是一个理想的模式去构建螯合荧光增强开关的荧光化学传感器。
也就是说，它经历了没有荧光螺环化合物（“关”信号）和强烈的荧光环开放（“开”信号）形式之间的平衡，并且这两种形式总是表现出完全不同的荧光性质。
[6]迄今为止，一些基于罗丹明化学传感器的研究已经被报道了。
[4d,7]
在这项研究中，我们合成的两种结构相似的基于罗丹明的化学传感器（1和2）能够通过识别一部分细小的结构变化来改变它们的选择性去识别离子。
1和2在Fe（III）和Cr（III）在100%水溶液中生理pH值之间的选择性切换依靠于他们结构上的识别部分。
1和2在中性pH值（7.2），100%的水溶液对于Fe（III）和Cr（III）选择性之间的切换取决于他们的结构。
1文献综述
1.1环境中的铁离子
1.1.1铁离子在自然水体中的存在形态和转化
铁是生态环境中重要的常量元素，主要有Fe（II）和Fe（III）两种价态，其存在形态受环境酸碱度（pH值）和氧化还原电位（Eh）的影响。
含氧水层中，三价铁比较稳定。
主要形成羟基络合物，以胶体状态存在；缺氧水层中，二价铁比较稳定，主要以矿物形式沉积在水底。
两种价态的铁在微生物或其它非生物作用下，通过氧化还原反应相互转化，这些氧化和还原的循环往复在水体中形成了复杂的物理化学和生物过程。
根据水体中溶解氧的分布状况，可以将水体自上而下分为好氧带、活性反应带和厌氧带。
活性反应带位于好氧带和厌氧带的交界区域，在这个区域内．反应由好氧氧化向厌氧还原过渡．氧化还原电位变化剧烈，是铁离子价态转化的关键地带。
[8]在自然条件下的淡水体系中，溶解氧状态良好时，活性反应带与沉积物---水环境地质界面重合。
沉积物一水环境界面是一个各种微生物参与，物质发生频繁交换的有机体系，除颗粒浓度不同外，在密度、微粒和溶液组成、化学种类的活动性、pH、氧化还原电位和生物活动性等方面均存在明显的梯度变化。
[9]
铁主要以三价铁氧化物或氢氧化物等形式进入水体，在重力作用下沉降到水底，其中一部分可能在下降的过程中被还原。
水体的底泥沉积区以厌氧环境为主，铁主要以二价铁形式存在。
在孔隙水和河水交换过程中，溶解性的二价铁进人水体并向上层水面扩散，在氧化带被氧化成三价铁。
溶解性的三价铁可以继续向水体上层扩散．不溶性的三价铁氧化物或氢氧化物颗粒下沉进人还原带，其中一部分又被还原成二价铁，从而形成一个循环。
在这个过程中，铁在活性反应带的转化不会造成铁从该体系中移出．只是由于价态、配合形式的改变向上扩散或向下沉降而重新在水体和沉积物两相之间分配，从而将上层的氧化能力向下传递，所以具有重要的环境意义。
[9]
1.1.2铁离子的还原和水体黑臭的关系
大量的工业废水和生活污水排人到水体之中。
水中的有机物含量升高，在一定程度上影响了铁离子价态的正常转化和循环。
1.1.2.1有机物与铁离子的反应
三价铁被还原为二价铁的反应中，铁氧化物或氢氧化物的表面过程是控制步骤。
[10]有机物与三价铁形成表面络合物。
而还原反应速率与表面络合物的浓度成正比。
有机物分子上的羟基和羧基与三价铁形成的Fe-0键能够在很大程度上改变其氧化还原电位．加快电子的传递。
表面络合物也能够将固态的三价铁转化为溶解性的铁，进而被周围其他类型的还原剂所还原。
可见有机物浓度的增加可加快铁还原反应速率，导致二价铁离子浓度升高。
1.1.2.2铁离子在微生物作用下的异化还原
铁离子的微生物异化还原是铁还原过程中最为重要的一部分。
在厌氧的环境下，三价铁是电子受体，微生物可以利用分解有机物过程中传递出来的电子直接将三价铁还原。
微生物也可以间接还原三价铁，其机理是微生物在代谢过程中产生的还原剂，例如通过硫酸盐还原代谢产生的H2S具有强烈的还原性，与三价铁反应使之还原。
[11]
水体中有机物浓度增加，好氧微生物在分解有机物的同时需要消耗大量的溶解氧，当耗氧速率大于复氧速率时，水体逐渐处于缺氧或厌氧状态．厌氧微生物占主导地位。
在不同厌氧微生物的参与下会发生下列反应：
含硫蛋白质→半胱氨酸+H2H2S→NH3+CH3CH2COOH
S042-+有机物→H2S+H2O+CO2
Fe（0H）3→Fe2+
Fe2++H2S→FeS↓
铁的微生物还原导致还原态铁向上覆水体扩散时，在硫酸盐还原菌等还原下，Fe（II）和H2S反应生成FeS。
FeS是黑色沉积物，水体中微小的悬浮物质会吸附一部分FeS，而部分沉积于水底的FeS沉积物还会在厌氧分解产生的气体或气泡托浮作用下重新进入水体，再加上其他因素的协同作用，使水体呈现黑色。
同时由于厌氧微生物的代谢是不完全的，产生大量高极性、小分子量的挥发性有机物以及H2S、NH3等物质，经扩散进入表层水并散发到大气中，致使水体发臭。
尤其在夏季．水温升高，微生物的活性增强，水体黑臭现象更加明显。
从以上两方面可以看到．大量有机物排入水体，使自然水体中好氧带、活性反应带、厌氧带三个分层被破坏。
随着水体中溶解氧含量的降低，活性反应带会向上层水体缩移，甚至在污染严重的情况下，水体普遍呈现厌氧状态，氧化还原电位下降，形成高度还原性的氛围。
溶解性的二价铁浓度升高，成为造成水体黑臭的主要因素之一。
1.1.3铁与人体健康的关系
随着医疗科学技术的不断发展，人们越来越认识到当体内铁的含量和分布异常时，就会影响正常的生理功能，铁的代谢水平已经成为衡量人体健康状况的重要标志之一。
人体的正常生长发育，有赖于正常的物质代谢。
而物质代谢过程是复杂的生物化学反应过程，一切生物化学反应都需要酶的参与。
铁是人体不可缺少的微量元素，它是构成血红蛋白、肌红蛋白及多种酶的重要成分，如果体内缺少铁，可影响血红蛋白、肌红白蛋的合成，可使某些酶，如细胞色素c、核糖核苷酸还原酶、琥珀酸脱氢酶等的活性降低。
这些酶与生物氧化、组织呼吸、神经递质的分解与合成有着密切关系，因此，铁的缺乏可引起很多生理上的变化，从而导致免疫力低下，智力降低和机体抗感染能力降低，影响机体体温调节能力，神经机能紊乱，工作效率降低等各种疾病，最常见的是缺铁性贫血。
我国7岁以下儿童贫血平均患病率达51.6％，孕妇贫血率平均30％左右。
主要因机体铁需要量增加、膳食摄入不足及吸收障碍引起。
另外，月经过多、消化道溃疡、肠道寄生虫等疾病的出血，也是引起铁缺乏的重要原因。
有研究表明，铁缺乏是贫血的主要原因，对学龄儿童的智商和学习能力有显著影响，营养性贫血可导致分娩时大出血，增加产妇围产期死亡率、心血管疾病的发病危险性、妊娠高血压、子痫的危险性；另外，铁缺乏老年人的淋巴细胞对于刀豆凝集素A和植物血凝集素的刺激反应均明显低于铁充足老年人，提示铁缺乏对于机体的免疫功能有损害作用，尤其是细胞免疫。
如果铁在体内储存过多也会中毒。
铁中毒有急性和慢性之分。
急性铁中毒的发生多见于儿童，多因误服铁制剂造成，死亡率很高，达20％左右。
慢性中毒是长期过量服用铁制剂，或从食物中摄取了过多的铁造成，当人体内铁过量时，则会因不能及时排出体外而沉积于肝脏、胰脏、心脏和皮肤，从而引起血色病（血色素沉积）、肝功能异常、心肌损伤和糖尿病、肿瘤、骨质疏松等。
总之，铁作为人体新陈代谢所必需的微量元素之一，在人体细胞生长、增殖、生物氧化及生物转化等方面具有重要作用，人们在日常膳食中要注意铁的适当摄入，提高机体功能。
1.2镉对生物有机体的毒性
1.2.1镉对植物的影响
土壤中的镉向植物体内转移过程与镉的存在形式含量以及土壤和植物的特性、种类等有关。
受镉毒害的植物不能正常生长，并且生物量呈下降趋势。
据孔样生等人研究发现，随着培养玉米幼苗的镉的浓度增加和时间的延长，幼苗受抑制程度增大。
1.00/mol•L-1二价镉浓度处理2d，幼苗生长量为对照的60%。
处理为8d时．幼苗生长量只有对照的3%，生长几乎停止．受到镉毒害后．玉米生长迟缓叶尖黄揭．根尖膨胀发黑．继而腐烂．浓度越高．症状越早。
采用其他植物研究结果基本相似。
1.2.2镉对动物的影响
镉主要通过食物、水、空气等进入动物傩内，动物作为消费者，环境中的镉主要是通过植物进入动物体内的，因而镉在动物体内的含量与动物所食植物种类、部位和年龄相关。
镉能与含羟基、氮基、巯基高分子有机物结合。
能使许多酶系统受到抑制，从而影响肝、肾等器官中酶系统的正常功能。
另外镉还损伤肾小管。
导致糖尿、蛋白尿、氨基酸尿。
并使尿钙和尿酸的排出量增加，引起肾功能不全，进而影响维生索D3的活性与吸收。
因此长期食用含镉植物会影响钙和磷的代谢，引起肾、肺、肝等内脏器官的病理变化，诱发骨质疏松骨软化和肾结石等疾病．最终引发“骨痛病”。
另外镉对哺乳动物具有较强的致畸、致癌和致突变作用。
被有机体吸收后，自然排泄十分缓慢，其生物半衰期选930年。
镉可以降低IVF后的胚胎移植的成括率，导致超排卵的数目减少，或破坏或抑制卵母细胞的减数分裂过程，降低卵母细胞的受精能力和存活率，育龄妇女接触镉及其化合物会导致生育能力下降甚至不孕或不育。
1.2.3镉对微生物的影响
微生物作为自然环境中的主要分解者，在土壤沉积物的碳、氮、磷、硫的循环，无机营养的再生和营养物的转化等方面起着重要作用。
污染物对微生物的干扰可引起微生物群体的显著的变化，镉对微生物的影响简单地可以归纳为：
a．微生物的数量种类变化。
在受到重金属污染的叶面上微生物的数量和多样性均比未受污染的叶面少。
[12]土壤中的重金属尘埃使土壤中的微生物区系数减小．酶活性降低。
加入镉会减少微生物的群体，降低呼吸率。
[13]
b．碳、氮、磷、硫等矿化过程中微生物活性。
在受重金属污染的微生物群体中，一些细菌菌株在高浓度的镉下能生长．而有些受到抑制。
镉0．6ppm浓度．大脑杆菌有少量生长。
而11．2ppm完全抑制了肉汤中大肠肝菌的生长。
[14]c.群落波动和抗金属性。
镉影响真菌孢子形成和萌发，11．2mgCdL2•H2O／100mL的浓度完全抑制游动孢子的活性和某些孢子的形成，对菌丝生长的非抑制浓度可以抑制孢子的产生。
1.3传感器
传感器就是能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
1.3.1传感器的地位和作用
传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。
传感器是获取信息的主要途径与手段。
没有传感器，现代化生产就失去了基础。
传感器是边缘学科开发的先驱。
传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。
可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。
由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。
世界各国都十分重视这一领域的发展。
相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。
1.3.2化学传感器
根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器。
物理传感器是检测物理量的传感器。
它是利用某些物理效应，把被测量的物理量转化成为便于处理的能量形式的信号的装置。
其输出的信号和输入的信号有确定的关系。
化学传感器（chemicalsensor）通常描述成一种分析方法，这种分析方法更适合于被称作“分析化验”或者“感觉系统”，但是化学传感器通常是连续的获得数据信息，而感觉系统获得信息是不连续的[15]。
在Catterall的著作[16]中将化学传感器定义为一种装置，通过某化学反应以选择性方式对特定的待分析物质产生响应从而对分析质进行定性或定量测定。
此传感器用于检测及测量特定的某种或多种化学物质。
化学传感器的组成包括具有对待测化学物质的形状或分子结构选择性俘获功能的接受器和将俘获的化学量有效转换为电信号功能的转换器接受器将待测物的某一化学参数（常常是浓度）与传导系统连结起来。
它主要具有两种功能：
选择性地与待测物发生作用，反应所测得的化学参数转化成传导系统可以产生响应的信号[17]。
化学传感器的种类繁多、原理各异，检测对象几乎涉及各种参数。
通常一种传感器可以检测多种参数，一种参数又可以用多种传感器测量，所以传感器的分类方法至今尚无统一规定。
按照传感器中换能器的工作原理可将化学传感器分为：
电化学传感器（离子选择性电极、生物传感器、气体传感器）、光学传感器（荧光传感器）、质量传感器、热学传感器。
1.3.3荧光传感器
1.3.3.1荧光分析法概述[18]
当紫外线照射到某些物质的时候，这些物质会发射出各种颜色和不同强度的可见光，而当紫外线停止照射时，所发射的光线也随之很快地消失，这种光线被称为荧光。
1575年西班牙的内科医生和植物学家N.Monardes第一次记录了荧光现象。
17世纪，Boyle和Newton等著名科学家再次观察到荧光现象，并给予了更详细的描述。
尽管在17世纪和18世纪中还陆续发现了其他一些发荧光的材料和溶液，然而在荧光现象的解释方面却几乎没有什么进展。
直到1852年Stokes在考察奎宁和叶绿素的荧光时，用分光计观察到其荧光的波长比人射光的波长稍长，才判明这种现象是这些物质在吸收光能后重新发射不同波长的光，而不是由光的漫射所引起的，从而导人了荧光是光发射的概念。
他还由发荧光的矿物“萤石”推演而提出“荧光”这一术语。
Stokes还对荧光强度与浓度之间的关系进行了研究，描述了在高浓度时以及外来物质存在时的荧光碎灭现象。
此外，他似乎还是第一个（1864年）提出应用荧光作为分析手段的人。
1867年，Goppelsröder进行了历史上首次的荧光分析工作，应用铝一桑色素配合物的荧光进行铝的测定。
1880年，Lieberman提出了最早的关于荧光与化学结构关系的经验法则。
到19世纪末，人们已经知道了包括荧光素、曙红、多环芳烃等600种以上的荧光化合物。
20世纪以来，荧光现象被研究得更多了。
例如，1905年Wood发现了共振荧光;1914年Frank和Hertz利用电子冲击发光进行定量研究;1922年Frank和Cario发现了增感荧光;1924年Wawillow进行了荧光产率的绝对测定;1926年Gaviola进行了荧光寿命的直接测定等等。
荧光分析方法的发展，与仪器应用的发展是分不开的。
19世纪以前，荧光的观察是靠肉眼进行的，直到198年，才由Jett和West研制出第一台光电荧光计。
早期的光电荧光计的灵敏度是有限的，1939年Zworykin和Rajchrnan发明光电倍增管以后，在增加灵敏度和容许使用分辨率更高的单色器等方面，是一个非常重要的阶段。
1943年Dutton和Bailey提出了一种荧光光谱的手工校正步骤，1948年由Studer推出了第一台自动光谱校正装置，到1952年才出现商品化的校正光谱仪器。
近十几年来，在其他学科迅速发展的影响下，激光、微处理机、电子学、光导纤维和纳米材料等方面的一些新技术的引人，大大推动了荧光分析法在理论和应用方面的进展，促进了诸如同步荧光测定、导数荧光测定、时间分辨荧光测定、相分辨荧光测定、荧光偏振测定、荧光免疫测定、低温荧光则定、固体表面荧光测定、近红外荧光分析法、荧光反应速率法、三维荧光光谱技术、荧光显微与成像技术、空间分辨荧光技术、荧光探针技术、单分子荧光检测技术和荧光光纤化学传感器等荧光分析方面的某些新方法、新技术的发展，并且相应地加速了各式各样新型的荧光分析仪器的问世，使荧光分析法不断朝着高效、痕量、微观、实时、原位和自动化的方向发展，方法的灵敏度、准确度和选择性日益提高，方法的应用范围大大扩展，遍及工业、农业、生命科学、环境科学、材料科学、食品科学和公安情报等诸多领域。
如今，荧光分析法已经发展成为一种十分重要且有效的光谱化学分析手段，并不断地有介绍其新方法、新技术、新应用和研究进展的专著出版。
[19-35]
在我国，20世纪50年代初期仅有极少数的分析化学工作者从事荧光分析方面的工作，但到了70年代后期，荧光分析法已引起国内分析界的广泛重视，在全国众多的分析化学工作者中，已逐步形成一支从事这一领域工作的队伍。
而且，在除分析学科以外的其他科学领域里，应用荧光光谱法作为研究手段的也日益增多。
近年来，国内发表的有关荧光分析方面的论文数量增长很快，所涉及的内容也已从经典的荧光分析法逐步扩展到新近发展起来的一些新方法和新技术。
在仪器应用方面，也陆续有几种类型的国产的商品化荧光分光光度计问世，为这一分析方法的发展和普及提供了一定的物质条件。
有了上述的基础，相信在今后一段时间内、在我国社会发展需要的推动下和广大分析化学工作者的共同努力下，荧光分析法必将在我国得到更迅速的发展。
1.3.3.2荧光传感器的定义
荧光化学传感器（Fluorescencechemicalsensor）是建立在光谱化学和光学波导与测量技术基础上，选择性地将分析对象的化学信息连续转变为分析仪器易测量的荧光信号的分析测量装置。
经过多年的发展，光导纤维端部修饰化学识别敏感层（即传感层）形成的荧光化学传感器的研制取得了实质性的进展，已成为各种分子、离子的重要检测手段[36]。
荧光传感器以其灵敏度高、使用方便等优点备受人们的关注，近年来得到了迅速的发展[37]。
1.3.3.3荧光传感器的结构
荧光传感器通常由三部分组成[38]，即：
①外来物种的接受体（acceptor）部分这部分的功能主要是特异性捕获待检测物种；②发光体（fluorophore）部分，用以发出信号指示外来物种已被捕获；③连接体（1inker）部分，用以连接接受体和发光体两个部分。
1.3.3.4荧光传感器的原理[36]
荧光化学传感器是通过敏感膜与分析对象进行选择性的相互作用，并伴随着易于识别的荧光光学信号变化来完成化学与荧光信号的识别。
故敏感膜是荧光化学传感器设计和制备的核心部分，而敏感膜的性能取决于敏感载体的选择及其固定效果。
1.3.3.5荧光传感器的应用
荧光传感器以荧光为手段，运用受体和外来物种之间的特异结合，实现对待检测物种的定性定量。
在对生物分子的检测中，荧光传感器有着十分广泛的应用。
例如分子灯塔（molecularbeacon）技术，可以实现对一些生物大分子（如核酸碱基对）的识别[39]；分子印迹（molecularimprinting）技术，可以实现对一些生物小分子（如糖类、氨基酸）的识别[40]；在药物分子如哌嗪的分析检测上，荧光传感器技术也已获得重要应用[41]。
荧光传感器能够将分子识别的信息转换成荧光信号为外界所感知，具有高选择性、高灵敏度、低制作成本、不破坏样品和易于实现在线检测等特点而具有广泛的应用前景。
1.3.4传感器的应用及发展动向
开展基础研究，发现新现象，开发传感器的新材料和新工艺；实现传感器的集成化与智能化
（1）开发新型传感器
（2）开发新材料
（3）新工艺的采用
（4）集成化、多功能化
（5）智能化
1.3.4.1开发新型传感器
新型传感器包括：
①采用新原理；②填补传感器空白；③仿生传感器等方面。
它们之间是互相联系的。
传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们进一步探索具有新效应的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器件，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。
结构型传感器发展得较早，目前日趋成熟。
结构型传感器，一般说它的结构复杂，体积偏大，价格偏高。
物性型传感器大致与之相反，具有不少诱人的优点，加之过去发展也不够。
世界各国都在物性型传感器方面投入大量人力、物力加强研究，从而使它成为一个值得注意的发展动向。
1.3.4.2开发新材料
传感器材料是传感器技术的重要基础，由于材料科学的进步，人们在制造时，可任意控制它们的成分，从而设计制造出用于各种传感器的功能材料。
用复杂材料来制造性能更加良好的传感器是今后的发展方向之一。
1.3.4.3新工艺的采用
在发展新型传感器中，离不开新工艺的采用。
新工艺的含义范围很广，这里主要指与发展新型传感器联系特别密切的微细加工技术。
该技术又称微机械加工技术，是近年来随着集成电路工艺发展起来的，它是离子束、电子束、分子束、激光束和化学刻蚀等用于微电子加工的技术，目前已越来越多地用于传感器领域。
1.3.4.4集成化、多功能化
为同时测量几种不同被测参数，可将几种不同的传感器元件复合在一起，作成集成块。
例如一种温、气、湿三功能陶瓷传感器已经研制成功。
把多个功能不同的传感元件集成在一起，除可同时进行多种参数的测量外，还可对这些参数的测量结果进行综合处理和评价，可反映出被测系统的整体状态。
1.3.4.5智能化
对外界信息具有检测、数据处理、逻辑判断、自诊断和自适应能力的集成一体化多功能传感器，这种传感器具有与主机互相对话的功能，可以自行选择最佳方案，能将已获得的大量数据进行分割处理，实现远距离、高速度、高精度传输等。
1.4基于罗丹明的荧光探针
罗丹明及其衍生物是一类重要的荧光探针染料。
由于苯环间氧桥的存在，分子具有刚性共平面结构，这使其分子稳定性增强，在激发光的作用下能产生强烈的荧光，在红色可见光区（500nm一700nln）受样品背景干扰相对较少，是生物分析中经常用到的荧光染料，具有很高的研究价值。
国内外科学家致力于以罗丹明为母体，通过引入不同的官能团对罗丹明的结构进行设计，来改善罗丹明类荧光染料的性能。
近年来,罗丹明的内酰胺罗环状结构成为研究的热点:
罗丹明的内酰胺罗环状结构,在长波处无吸收、无色、无荧光,破坏内酰胺罗环状结构，在长波长处有吸收、有颜色、强荧光。
由于此结构上的优势，罗丹明内酞胺类化合物具有形成“OFF一ON”型荧光探针的潜能。
可以以罗丹明为母体进行设计，使它形成具有酰胺罗环状结构的化合物，也就是说首先它在长波长无吸收、无色、无荧光，当它与底物作用的时候，打开内酰胺罗环状结构，这时它在长波长有吸收、有颜色、强荧光。
利用此原理对罗丹明进行设计以用来检测金属离子。
罗丹明类化合物被广泛应用在阳离子检测中的另外一个重要因素是此类化合物摩尔吸收系数高、荧光量子
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