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无机阴离子在生态体系中广泛存在，但需要注意的是，大多数无机阴离子对生态环境和人体健康的作用具有两面性。无机阴离子的检测是水质监测的一项重要参数，同时食品和饮料中有害无机阴离子的检测对于保障人体健康具有十分重要的意义。当前无机阴离子的检测方法主要依赖于离子色谱法，但昂贵的仪器极大的限制了该方法在普通实验室的应用，同时对于特定的定性或半定量分析而言，该方法的应用更会带来检测成本的增加和检测步骤的繁琐。因此，发展简单快速准确的检测方法，尤其是不借助仪器的可视化检测方法，对于无机阴离子的检测具有重要的实际意义。本论文以探针分类，介绍四种无机阴离子的检测方法。
1.以柠檬酸根保护的核-壳型Cu@Au、Cu@Ag纳米粒子为比色探针，系统的研究了其与阴离子的相互作用。(i)我们首先制备了Cu@Au纳米粒子，实验结果表明该纳米粒子能够选择性的识别碘离子。与碘离子作用后，纳米粒子溶液的颜色由紫色变为红色，而颜色变化程度与碘离子的浓度相关，从而实现对碘离子的检测。根据紫外-可见光谱和透射电子显微镜数据，我们对于该纳米粒子与碘离子的作用，提出了一种碘离子诱导的原子聚集/融合、分裂、再重组作用机理。(ii)由于硫离子和半胱氨酸对Cu@Au纳米粒子识别碘离子具有十分明显的抑制作用，基于此，我们发展了在碘离子存在下，通过Cu@Au纳米粒子比色检测硫离子和半胱氨酸的新方法。(iii)将Cu@Au纳米粒子合成过程中使用的氯金酸替换为硝酸银，我们制备得到Cu@Ag纳米粒子，并发现其与阴离子的作用显著区别于Cu@Au纳米粒子。实验结果表明只有当阴离子相应的银化合物的溶解度小于柠檬酸的银盐，同时阴离子相应的银化合物的离子积大于其溶度积常数时，该阴离子才能被Cu@Ag纳米粒子所识别。
2.以化学修饰的金纳米粒子为比色探针，研究了纳米粒子表面修饰基团与阴离子的作用。(i)我们制备了谷胱甘肽修饰的金纳米粒子，发现该纳米粒子在磷酸盐缓冲液中能够选择性识别硫离子，并且通过加入一定浓度的NaCl盐，可对硫离子进行灵敏检测。实验结果表明硫离子能够置换一部分金纳米粒子表面的谷胱甘肽，使得该比色探针抵抗盐诱导纳米粒子团聚的能力降低，最后在盐的作用下发生团聚，溶液颜色由红色变为蓝色。(ii)我们合成了巯基化的三聚氰胺，将其修饰在金纳米粒子表面，并考察了修饰后的金纳米粒子对阴离子的识别。实验结果表明该比色探针能够在碳酸根存在下发生聚集，溶液颜色由红色变为蓝色，同时亚硫酸根能够抑制探针的聚集，使得溶液颜色保持红色。基于此，我们发展了一种高灵敏度检测亚硫酸根离子的新方法。(iii)我们发现直接三聚氰胺修饰的金纳米粒子也可作为与阴离子作用的比色探针。实验结果表明该探针同样在碳酸根存在下发生聚集，而亚硫酸根具有明显的抑制作用，据此可对亚硫酸根离子进行快速检测。由于亚硫酸根能够被次氯酸根快速氧化，使得探针再次发生聚集，据此又可对次氯酸根进行检测。此外我们发现Tris缓冲体系对于探针与阴离子的作用具有重要的促进作用。(iv)我们以胱胺修饰的金纳米粒子为探针，发现其在二甲基萘胺存在下发生聚集，溶液颜色由红色变为蓝色，而某些阴离子具有稳定探针使其保持分散的作用，其中选择性最好的阴离子为硫氰根。基于此，我们发展了一种检测硫氰根离子的比色方法。
3.以未修饰的金纳米粒子为比色探针，基于阴离子参与的特殊化学反应，发展了检测阴离子的新方法。(i)我们以苯二胺和亚硝酸的重氮化反应为基础，发展了一种高选择性检测亚硝酸根离子的比色方法。在苯二胺作用下，金纳米粒子发生聚集，溶液颜色由红色变为蓝色。当苯二胺经过重氮化反应变为相应的重氮盐后，其不能引起金纳米粒子的团聚，溶液颜色保持红色。通过该方法可实现对亚硝酸根离子的检测。实验中我们详细考察了金纳米粒子大小、重氮化反应的温度和时间以及苯二胺的同分异构体对检测的影响。(ii)我们以次氯酸根氧化巯基羧酸类分子为基础，发展了一种快速检测次氯酸根离子的比色方法。未修饰的金纳米粒子在高浓度的磷酸盐缓冲液中发生团聚，溶液颜色由红色变为蓝色;加入巯基羧酸分子后，金纳米粒子受到保护，不再发生团聚，溶液颜色变回红色。当巯基被次氯酸根氧化为磺酸基后，金纳米粒子不再受到保护，溶液颜色再次变为蓝色。通过该方法可实现对次氯酸根的快速检测。
4.以四甲基联苯胺和金纳米簇为探针，基于阴离子参与的特殊化学反应和阴离子自身的氧化性，发展了检测阴离子的比色和荧光方法。(i)我们利用过氧化氢与亚硝酸的特异性反应，以四甲基联苯胺为探针，发展了一种快速检测亚硝酸根离子的新方法。过氧化氢与亚硝酸在强酸性条件下反应，生成具有强氧化性的过渡态中间体。四甲基联苯胺被其氧化为二亚胺衍生物，同时溶液颜色由无色变为亮黄色，颜色程度与亚硝酸根浓度相关。基于此，可实现对亚硝酸根离子的快速检测。(ii)我们利用溴酸根和次氯酸根在酸性条件下的氧化性，以四甲基联苯胺为探针，发展了一种快速检测水中这两种阴离子的比色方法。在强酸性条件下，溴酸根能够以六电子转移方式将四甲基联苯胺氧化为二亚胺衍生物，溶液颜色由无色变为亮黄色。基于此，可实现水中低浓度的溴酸根离子的快速检测，检出限低于10ppb。在酸性条件下，次氯酸根能够以两电子转移方式氧化四甲基联苯胺，溶液颜色变为黄色，据此也可对水中次氯酸根进行快速检测。(iii)我们以金纳米簇为探针，结合亚硝酸与过氧化氢的特异性反应，发展了一种快速检测亚硝酸根离子的荧光方法，并将其设计成逻辑门，用于多种实际样品中亚硝酸根离子的检测。亚硝酸与过氧化氢反应的中间体将金纳米簇表面的金原子氧化，使其荧光猝灭，猝灭程度与亚硝酸根浓度成正比，从而实现对该阴离子的快速检测。与以四甲基联苯胺为探针的比色方法不同，该方法几乎不受到所有考察阴离子的干扰。