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荧光传感器因其对目标离子、分子具有快速、专一的荧光响应,可以实现非破坏性的原位及实时检测,具有成本低灵敏性好的优势而获得关注。萘酰亚胺是一类性能优异的荧光分子结构,具有易于修饰,量子产率高,波长可大范围调控等特点,因此被广泛用于荧光传感器的开发。本文基于萘酰亚胺分子结构,利用哌嗪与萘酰亚胺分子结之间的电子作用和与离子络合的能力,设计合成了一系列荧光传感器,分别实现了对汞离子、铁离子、铝离子等不同金属离子的检测和成像。具体工作如下:第一章,综述了荧光传感器的原理,发展和研究现状,并介绍了萘酰亚胺分子的结构、修饰和光学性能,基于萘酰亚胺荧光传感器的发展,并在此基础上提出了本论文的设计思路。第二章,基于光致电子转移机理（PET）构建了“关-开”型荧光传感器Nap P-deap,荧光传感器以萘酰亚胺为荧光团,哌嗪、吡啶、叔胺、硫醚作为识别基团。传感器在溶液中与汞离子作用后,荧光最大增强11.6倍。荧光强度在0～1汞离子当量范围内有极佳的线性关系,R2=0.997,检测限为LOD=2.2×10-8M。同时Nap P-deap可以成功的应用于细胞和组织内的汞离子荧光成像。由于含有多个识别基团,其在不同溶剂中有不同的识别模式,合成了参比化合物Nap B-deap对其络合机制进行了研究,并基于其性质进行了分子开关的设计。通过工作曲线和核磁滴定推断传感器与汞离子为1:1络合,络合常数Ka=1.46×107M-1。第三章,在第一个工作的基础上,以哌嗪和吡啶作为识别基团设计了传感器Nap TP。通过哌嗪、吡啶与铁离子的络合实现了对铁离子的检测,荧光传感器可以用CTAB乳液进行封装,在纯水体系进行铁离子的检测。传感器与铁离子作用后,荧光增强8倍,同时量子产率由0.9%增大到14.8%,传感器荧光强度在0～8铁离子当量范围内有很好的线性关系R2=0.986,检测限:LOD=8.05×10-7M,低于美国环境保护局（EPA）对环境水体铁离子最大限量的要求。通过工作曲线和核磁滴定推断荧光传感器与铁离子为1:1络合,络合常数Ka=1.34×106M-1。第四章,在以上两个工作的基础上,以哌嗪和二硫缩醛作为识别基团,设计了传感器Nap PT,传感器对铝离子有专一性响应,与铝离子作用后荧光增强72倍。传感器浓度为1μM时,荧光强度对0～20当量铝离子浓度范围呈现极佳的线性关系,R2=0.997。检测限为:LOD=5.26×10-8M。