荧光分析技术由于操作简便快捷、灵敏性高以及检测限低等特点,被广泛用于环境检测和生命医疗等领域。荧光探针不仅可以实现对中性小分子和金属离子的检测,还可以完成诸如核酸和蛋白质等生物分子的测序和标定。而对环境敏感因素(如极性、粘度及pH等)进行检测分析则尤其被研究人员所关注。菁染料由于光谱易于调节、生物相容性好以及对活体毒性小等优点,被广泛应用于生物分析方面。本论文主要针对当前环境敏感因素的检测问题,设计合成了四个半菁荧光染料,并分别用于粘度检测和pH检测。采用核磁共振氢谱、碳谱和高分辨质谱技术确定了染料分子的化学结构,并采用稳态光谱(吸收和发射光谱)测定其光物理性能。具体的研究内容如下:(1)基于分子内电荷转移机制,设计并成功地合成了两个苯乙烯菁染料DPA-1和DPA-2,它们是由供电子基团N-苯胺和阳离子苯并噻唑通过乙烯双键连接而成。光谱测试表明在水中,它们发射红色荧光(发射峰653/607 nm),斯托克斯位移高达111/92 nm。在水-甘油体系中,当溶液粘度从1.01 cP升高到234 cP时,它们的荧光强度分别增大了81倍和64倍。并且在该粘度范围内,它们的荧光强度与环境粘度存在着良好的线性关系(R2>0.99),这可使我们定量检测溶液的粘度。稳态光谱测试表明当化合物的分子内旋转受到抑制时,其荧光强度就会显著增加。染料在发射波长、斯托克斯位移及对粘度的灵敏度等方面得到了提升,这样的化合物显示出在细胞内粘度测定的潜力。(2)设计并成功合成了两个半菁类染料BTZ-1和BTZ-2,它们是由乙烯双键桥接阳离子苯并噻唑和含有不同取代基的萘环而成。光谱测试表明它们在水中发射黄橙光(发射峰589/571 nm),斯托克斯位移也有很大提高(157/144 nm)。酸碱滴定结果表明,随着氢质子浓度逐渐升高,不仅它们的光谱产生了波长的移动,并且肉眼可以观测到明显的荧光颜色变化。光谱测试排除了其他环境敏感因素(极性、粘度等)的干扰,这表明探针具备测定生物体内pH的潜力。