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结合荧光成像技术的荧光传感原理与方法在生物检测、环境分析和医学诊断等领域中的应用越来越广泛。近红外探针结构的设计,可视化比率荧光探针的构建,灵敏的荧光颜色区间变化等元素的引入,增强了荧光探针灵敏度的同时,拓宽了应用范围。本文以气体信号分子（CO,SO2）和酸碱度（pH）等的快速敏感检测为目标,通过合成功能化的有机分子,发展反应型的目标物识别原理,结合具有发光性能的纳米材料,在响应速率、检测灵敏度、信号输出可视化等方面进行了改进。本论文的主要研究内容如下:（1）结合CO与环钯配合物的特异性羰基化反应与钯的重原子电子效应,设计了针对CO气体以及内源性CO的荧光增强型检测方法。通过将环钯配合物修饰在苯并咪唑结构上制备了无荧光的探针结构,并通过引入羧基基团提高水溶性。当CO加入后,由于CO与环钯配合物发生羰基化反应,钯配合物结构被质解,释放出发荧光的苯并咪唑配体结构,荧光恢复。该探针与CO的特异性反应,在其它气体信号分子,活性氮氧化合物存在时具有优良的选择性,检测限达到0.06 μM。该荧光增强型的探针不仅可以用于识别溶液中的CO气体,还可以对外源性（供体提供）和内源性（血红素刺激）的CO进行细胞成像研究。（2）设计了 SO2及其衍生物的新型纳米复合物探针（Hex-FGO-DPS）,由己二胺修饰的发光氧化石墨烯与萘的花菁衍生物组成,利用石墨烯结构与芳基化合物的π-π堆叠相互作用形成纳米复合物探针。将发蓝色荧光的氧化石墨烯作为信号内标,而花菁衍生物发黄色荧光,由于荧光共振能量转移（FRET）蓝光被猝灭,复合探针显示黄色荧光。当SO2及其衍生物存在时,与不饱和C=C键发生加成反应,破坏了黄色的荧光发射,抑制FRET过程,蓝色荧光恢复。当加入目标物,探针的比率荧光强度增强了 25倍,同时伴随探针溶液荧光颜色由黄色至蓝色的易于视觉识别的灵敏变化。复合探针的检测限低到0.44 μM,还可以用比率荧光成像数据对细胞中SO2衍生物的浓度分布进行分析。探针还可以灵敏识别SO2气体,其它气体存在时具有优良的选择性,有望进一步用于构建新的SO2气体可视化快速识别器件。（3）通过将醛基花菁与盐酸羟胺反应,制备了-C=N-OH取代的花菁结构,可以利用近红外荧光和比色双重信号检测pH值。该探针具有良好的水溶性、光稳定性,可逆的信号响应以及低的细胞毒性,对水溶液中以及细胞中的pH变化均能灵敏响应。当pH值由中性向酸性变化时,引起探针骨架中氮原子的质子化,最大吸收波长发生了 170 nm的位移,且新的吸收峰强度增强。可见光下,探针溶液颜色呈现由黄色至绿色至蓝色的区间渐进变化。最大发射波长发生了 37 nm的红移,同时新发射峰处的荧光增强了 8倍,荧光光谱的积分强度增强了 2.1倍左右,比率荧光强度（1660/1623）增强了接近26倍,计算出的pKa值为5.46。实验结论表明探针对呈弱酸性的环境更灵敏（4.5-7.4）,与细胞环境的pH范围高度吻合,成功实现了对细胞中pH值变化的荧光成像分析,有望进一步用于监测细胞酸碱变化引起的生理与病理性过程。（4）通过竞争配位作用,利用“强-弱-强”荧光信号响应模式实现对D-青霉胺的灵敏检测。在实验中巯基十一酸（MUA）同时作为还原剂与保护剂,一步简易制备了红色荧光的金团簇（MUA-AuNCs）,金团簇的平均粒径为2.6 nm,尺寸分布均匀。制备的MUA-AuNCs具有良好的水溶性、光稳定性,水中的量子产率为7.28%,在610 nm处有强的荧光发射。铜离子的存在引发电子转移过程,MUA-AuNCs的荧光被猝灭,当加入青霉胺后,由于青霉胺与铜离子更强的配位能力将铜离子拉离金团簇,金团簇的荧光恢复。MUA-AuNCs-Cu2+复合物探针荧光强度的增长与青霉胺的浓度有浓度依赖性,检测限低至0.08μM,优于大部分已经报道的青霉胺检测方法。探针对青霉胺的响应不受其它共存物质干扰,可以运用于实际水样和尿液中青霉胺的检测。