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化学反应机理研究对于研究和改进化学反应具有重要意义。通常的监测化学反应的手段是分析成千上万分子的平均反应性质，单粒子水平检测方法能够排除这种整体的平均效应，可实时分析局部微区的反应性质，发展单粒子水平的化学反应监测手段为研究化学反应提供了新的视角。每一个独立的纳米粒子具有不同的尺寸、形貌以及结构，纳米粒子的表面效应、催化活性、电荷密度都有显著的差异。构建在单个纳米粒子层面的传感体系能够有效的排除溶液等体系中的整体和平均效应，得到更高的检测灵敏度以及选择性。能够观测到单个纳米粒子散射光谱的暗场显微成像技术的应用，极大地推动了在单纳米粒子水平上检测的发展，通过单个纳米粒子的等离子共振散射光谱实现在纳米尺度上对化学反应以及分析物的监测。本课题拟基于单个贵金属纳米粒子的局域表面等离子共振散射光谱，利用自主搭建的多通道暗场显微平台，实时观测了在单个纳米粒子水平的化学反应，并应用于传感分析: 1.单个纳米粒子水平实时监测“点击化学”反应 合成两种分别含有炔基和叠氮根的化合物N-丙炔基硫辛酰胺和双(6-叠氮基己基)二硫醚，并通过金-硫键共价修饰到14 nm和60 nm金纳米粒子表面，在铜离子和抗坏血酸钠的作用下，发生“Click反应”将两种纳米粒子相互连接，产生等离子共振耦合。利用金纳米粒子之间等离子共振耦合效应对其等离子共振散射光谱的影响，实现在微纳结构实时监测“Click反应”，并考察了反应时间以及催化剂对反应的影响。在单个纳米粒子水平建立一种实时监测化学反应的方法，准确地获得单个纳米粒子表面微区的化学反应信息，为研究贵金属单纳米颗粒上化学反应的反应速度以及反应效率提出了新的思路，尤其在催化反应方面，具有很好的指导意义。 2.单个金纳米粒子水平实时监测银镜反应 利用葡萄糖还原的银镜反应在单个金纳米粒子上生成银包金核壳结构纳米粒子，相较于初始金纳米粒子的等离子共振散射峰，生成的核壳结构纳米粒子的散射峰发生明显的蓝移，通过等离子共振散射峰的位移在单个纳米粒子水平实时监测银镜反应，并考察了反应时间、还原剂葡萄糖的浓度以及金纳米粒子大小对反应的影响。 3.单个纳米粒子散射光OFF-ON型等离子共振能量转移的研究 利用金纳米粒子的等离子共振能量转移效应，合成了罗丹明衍生物乙基硫辛酸酯基-二苯基硅氧烷基-乙基罗丹明B酯(RdBS)染料分子，该化合物的紫外-可见吸收峰与60nm金纳米粒子等离子共振散射峰波长相匹配。将其组装在金纳米粒子表面后，发生等离子共振能量转移，表现为金纳米粒子的等离子共振散射光强度降低(Turn Off)。RdBS分子中的硅-氧键能够被氟离子选择性剪切，释放分子中的罗丹明分子，从而阻断金纳米粒子与染料分子之间的等离子共振能量转移效应，金纳米粒子的等离子共振散射光强度增强(Turn On)。根据散射光强度的变化研究了单个纳米粒子表面的氟离子与硅的亲核取代反应，并构建了一种散射光恢复型等离子共振能量转移的传感模型，并实现在水溶液中对氟离子的高选择性、高灵敏检测。 4.单个金纳米棒的等离子共振能量转移行为研究 研究了单个纳米棒的等离子共振能量转移。合成带有识别基团双(2-吡啶基甲基)胺(DPA)和连接基团-SH的化合物6-(双(吡啶-2甲基)氨基）己硫醇(TDPA)，可选择性识别铜离子形成Cu2+-TDPA络合物，其紫外-可见吸收光谱在625 nm处有新的吸收峰产生。根据等离子共振能量转移机理，选择与其吸收峰相匹配的金纳米棒，研究了金纳米棒与络合物间的等离子共振能量转移，构建基于等离子共振能量转移的铜离子传感方法。通过调节金纳米棒的长径比可以调控其等离子共振散射峰，合成相应的配体化合物，拓宽了等离子共振能量转移的应用范围。