荧光碳量子点（又称碳点,Carbon dots,CDs）,是一种性能优良的碳纳米材料,具有独特的发光性能,良好的生物相容性,低毒性和易于功能化等优势,被广泛用于分析检测、生物成像和药物递送等领域。在碳点中引入杂原子可以大大改善其光致发光性能,因此,掺杂的荧光碳点已成为化学及生物医学等领域的热门研究课题。本论文采用简单的水热法和酸碱中和放热法制备了三种掺杂化荧光碳点,对其结构和性能进行了研究,并基于这三种荧光碳点分别建立了对pH、小分子药物苦味酸和金属离子Fe³⁺的分析方法,并将其应用于细胞成像的研究。研究的主要内容如下:第一章:首先概述了碳点的结构、理化性质,并对其制备方法及掺杂修饰进行归纳总结。其次对碳点在分析检测、药物检测、生物成像和药物递送等方面的应用研究进展进行了综述。第二章:以对氨基苯磺酸和邻苯二胺为前体,通过一步水热法制备了氮硫共掺杂碳点（N,S-CDs）。N,S-CDs具有固有的pH敏感行为,并且随着pH值的变化呈现出比率荧光发射(F_{563 nm}/F_{645 nm})特征。在pH为1-7的范围内具有良好的S非线性拟合,并且其相对荧光强度在pH为2.4-3.6的范围内具有良好的线性拟合。尤其是当pH从3.0降至1.0时,N,S-CDs在563 nm处的发射强度逐渐降低,而在645 nm处出现的新峰发射不断增强。与此同时,碳点溶液的荧光也从黄色变为红色。此外,N,S-CDs还成功应用于体外细胞成像。因此,N,S-CDs可以用于构建敏感跟踪pH变化的可视化生物传感器平台,该传感器的比率检测和可视化性质相比于传统的单一荧光检测更具有优势,为生物医学中pH的检测提供了理论基础。第三章:通过简单混合蔗糖、浓硝酸和1,2-乙二胺,快速制备了氮掺杂碳点（N-CDs）。所制备的N-CDs具有较小的尺寸（1.78 nm）、良好的水溶性和稳定的光学性能。苦味酸（PA）的吸收峰与N-CDs的激发光谱存在很大重叠,可以通过内滤效应（IFE）使N-CDs的荧光发生猝灭。基于此建立了一个检测PA的荧光分析方法,与其它检测PA的方法相比,该方法具有制备简便易行,选择性好,线性范围宽(0.8⁴9.6μmol L^-1)、灵敏度高(LOD=67.6 nmol L^-1)等优点,该分析方法为药物制剂中PA的检测奠定了基础。第四章:以2,5-二氨基苯磺酸和1,2-乙二胺为原料,采用一步水热法合成了氮硫双掺杂碳点（N,S-CDs）,并通过各种测定和表征手段探究了该碳点的形貌、化学结构和荧光性能,结果表明N和S元素的成功掺杂,使其量子产率高达40.4%,大大提高了其发光性能,将N,S-CDs作为免标记的荧光纳米探针用于快速、灵敏、高选择性地检测Fe³⁺,其线性范围为4.4⁷5μmol L^-1,检出限为0.1μmol L^-1。利用这些优异的特性,成功地将N,S-CDs用于“Nature Made”牌的补铁剂中Fe³⁺的分析检测,在此基础上也拓展了N,S-CDs在细胞成像中的应用。