由于金属离子对水土和生命体系的污染严重的威胁着站在食物链顶端的人类健康。因此,我们需要发展一种快速简便的方法来实时的检测水土和生物样本中的金属离子浓度。虽然现在各种检测仪器已经被应用,但是由于这些仪器购置和维护费用昂贵,且检测过程需要对样本进行复杂的前处理,因此它们在实际应用中受到了一定的限制。近年来,由于荧光探针制备简单且在应用时所需样品少、操作便捷、选择性和灵敏度高、对生物样本危害小等特点使得荧光探针在生物、环境监测等领域展露出了实际应用价值。喹啉及其衍生物是很好的金属螯合剂且具有良好的荧光性能。但是由于其自身对于金属的选择性差和激发与发射波长处于较短波长范围等缺点,导致它们在实际样品和生物体内无潜在的应用价值。因此需要对喹啉及其衍生物进行化学修饰,期望新合成的目标探针能达到高选择性、高灵敏度识别某一金属离子的目的,并且利用荧光成像技术发掘他们在实际样品和生物体内的潜在应用价值。本论文在大量文献调研的基础上设计并合成了以喹啉为母核的新型荧光探针,并对它们的结构进行了表征。利用紫外吸收光谱、荧光光谱、质谱、¹H NMR和荧光成像等方法研究了它们对常见金属离子(Li⁺,Na⁺,K⁺,Mg²⁺,Ca²⁺,Ba²⁺,Al³⁺,Pb²⁺,Cr³⁺,Mn²⁺,Fe²⁺,Fe³⁺,Co²⁺,Ni²⁺,Cu²⁺,Ag⁺,Zn²⁺,Cd²⁺,Hg²⁺)选择性络合能力及荧光传感性能。其中,有的金属配合物作为新探针可以在水溶液中对H₂PO₄^-和HPO₄^2-进行检测。本论文共四章,大致内容如下:（1）简要介绍了荧光探针及其识别技术,着重论述了喹啉类荧光探针的研究进展,并提出本论文的设计构想。（2）设计并合成了两个以8-羟基喹哪啶为荧光基团的探针2a和2b,并重点利用荧光光谱研究了它们在水溶液中对Al³⁺或Cu²⁺的选择性识别能力。其中2a对Al³⁺具有良好的荧光传感性能且不受其他常见金属离子的影响,并运用荧光成像技术研究了2a在细胞内对Al³⁺的荧光检测能力。2b在MeOH-H₂O溶液中能够选择性的对Cu²⁺进行荧光识别,并与之形成1:1的配合物。而2b-Cu²⁺作为复合型荧光探针对H₂PO₄^-和HPO₄^2-具有特异性荧光检测能力,并利用荧光成像技术在细胞内研究了2b对Cu²⁺和HPO₄^2-的荧光检测性能。（3）设计并合成了以8-羟基喹哪啶衍生物为荧光基团的探针3a,3b和3c,并研究了它们在水溶液中对Al³⁺或Fe³⁺的荧光传感性能。其中3a对Al³⁺和Fe³⁺具有良好的荧光选择性,通过溶液颜色和荧光发光的变化可以有效区分Al³⁺和Fe³⁺,荧光滴定、job曲线、¹H NMR滴定证明了3a与Al³⁺和Fe³⁺之间分别形成了1:2的络合物,并且利用荧光成像技术研究了3a在细胞内对Al³⁺和Fe³⁺的荧光检测能力,最终表明3a具有在实际样品和生物体内检测Al³⁺和Fe³⁺的潜在应用价值。（4）设计并合成了以2-甲氧基-8-羟基喹啉为荧光基团的探针4a和4b,并研究了它们在水溶液中对常见金属离子的选择性识别能力。其中4a对Cd²⁺具有良好的荧光选择性,荧光滴定、紫外光谱、¹H NMR滴定、ESI-MS、单晶衍射均表明4a与Cd²⁺之间形成了1:1的配合物,最后利用荧光成像技术在细胞内研究了4a对Cd²⁺荧光检测性能,表明4a具有潜在的在生物体内的应用价值。