荧光化学传感器和色度化学传感器被广泛地用于检测目标分子和离子。荧光化学传感器具有选择性好、灵敏度高、简便快速等优点，色度化学传感器不用借助于任何昂贵的仪器设备可直接用肉眼识别目标分子或离子。本论文设计、合成了一系列荧光和色度化学传感器来选择性识别镁离子、氟离子、半胱氨酸和高半胱氨酸，具体内容和结果如下：设计合成了三个含有4-羟基香豆素的化合物C1、C2和C3，利用荧光光谱滴定技术详细地研究了它们对镁离子的选择性。实验结果表明C1、C2和C3均能实现对镁离子的特异性结合，与C1和C2相比，引入了季铵盐的化合物C3具有较好的水溶性，可在部分水存在的中性缓冲溶液中实现对镁离子的检测。向C3的中性缓冲溶液中加入镁离子后，溶液的最大发射峰从582nm蓝移到522nm，相应的溶液荧光颜色从黄色变为绿色，荧光量子效率由原先的0.09增加到0.32，表观解离常数（K_d）在微摩尔范围内，比已报道的系列镁离子探针（其表观解离常数为毫摩尔量级）具有更高的灵敏度。而且，多种生物体的重要金属离子(如Na⁺、K⁺、Ca²⁺)的存在均不会对Mg²⁺的检测产生干扰。设计合成了一个三元稀土配合物Tb（PMIP）₃（PhCN）并研究了其对阴离子的识别行为。在乙腈溶液中，加入三倍量的氟离子后，由于氟离子和稀土离子有较强的键合能力，通过竞争配位作用将弱键合能力的中性配体PhCN置换出配位层，抑制了Tb的⁵D₄能级(20400 cm^-1)和PhCN(其三重态能级约为20920 cm^-1)之间的能量回传，从而使其荧光发射增强。随着氟离子的继续加入，氟离子可进一步取代PMIP，破坏了PMIP激发三重态向Tb³⁺的能量传递而使其荧光减弱直至淬灭。加入醋酸根离子可以观察到类似的现象，但Cl^-、Br^-、I^-、ClO₄^-等加入不会对光谱产生明显的影响，可见，氟离子和醋酸根离子能够对配合物Tb（PMIP）₃（PhCN）的荧光进行调控。当把Tb（PMIP）₃（PhCN）溶解在CH₃CN／H₂O（9：1，v／v）的混和溶剂中时，只有加入氟离子才能完全淬灭配合物的荧光，从而实现氟离子的选择性检测，检测限低至10^-8mol·L^-1。基于ICT原理，设计合成了含有醛基的D-π-A结构的偶氮染料DMPA和DHPA。这两个分子具有典型的推拉电子结构，通过π键桥（ph-N=N-ph）发生分子内的电核转移（ICT）。与DMPA相比，引入了硝基（拉电子基团）的化合物DHPA的最大吸收峰值红移了50 nm，表明硝基的引入增强了分子内电荷转移的能力，并使其醛基的活性增加。在生理pH条件下，DHPA仍能实现对半胱氨酸和高半胱氨酸的选择性识别，吸收峰蓝移40 nm，溶液颜色从粉红色变为黄色，而其它的天然氨基酸则不会发生这种现象。这是由于醛基能够和半胱氨酸或高半胱氨酸发生反应生成五元噻唑环或六元噻嗪环，降低了体系ICT能力，从而使它们的吸收峰发生蓝移。设计合成了两个带有醛基的二芳基乙烯类化合物1，2-二（2-甲基-5-醛基-3-噻吩基）环戊烯（1）和1，2-二（2-甲基-5-醛基-3-噻吩基）全氟环戊烯（2），化合物1光照前后对半胱氨酸和高半胱氨酸均没有响应，表明其醛基的活性不够高；而化合物2在开环态时，虽然能够对半胱氨酸和高半胱氨酸做出一定程度的响应，但是光谱变化发生在紫外区，无法实现肉眼识别。当把化合物2照到光稳态后（即开环态和闭环态的混合态），再加入半胱氨酸和高半胱氨酸，由于和醛基反应生成了五元噻唑环和六元噻嗪环的缘故，使其吸收峰从617蓝移到461 nm，溶液颜色相应的从蓝色变为黄色，从而实现了对半胱氨酸和高半胱氨酸的肉眼识别，其它天然氨基酸的干扰性非常小。与化合物1相比，化合物2无论在开环态还是闭环态均可与Cys或Hcy反应，表明在化合物2中引入了六个氟原子增强了环戊烯部位的拉电子能力，因而增强了醛基的活性。因此，化合物2在光稳态时可以实现对半胱氨酸和高半胱氨酸的色度法识别。