近年来，荧光传感器技术因其具有灵敏度高、选择性好、响应时间短、可直接观察等优点，用于检测各种离子，分子的荧光传感器的研究受到了科学家的广泛关注。各种对相应离子具有灵敏度高、选择性好等优点的荧光分子探针相继被报道，但是其中以小分子荧光化合物居多而得到了迅速发展。小分子荧光探针的设计是研究化学生物学的重要工具。应用现代有机合成化学的方法来设计有效的化合物分子骨架，构建相应的荧光探针，并用来标记小分子，离子检测以及细胞和活体的成像研究，已经发挥了巨大的作用。本文第二章首先介绍了一种新型的用于检测SO32-的比率荧光探针。该比率荧光探针具有结构简单、容易制备、检测效果很好的优点，而且克服了以往报道的单波长荧光探针的一些缺点，例如，仪器本身的背景光和光散射的影响，外部环境中温度，pH等的一些影响，样品本身浓度对荧光强度的干扰导致无法获得准确的数据检测，这样在测量的时候会有一些偏差等因素。所以本章基于分子内电荷转移机理（ICT）的SO32-比率荧光探针就显示出了相应的优势。该探针具有优异的光谱性能，吸收波长蓝移125nm，高的选择性和灵敏度，反应时间短等的特性，为探针用于检测环境和生物体中SO32-的含量提供了可能。本文第三章设计了用来检测生物体血清和细胞中N2H4含量的的近红外荧光探针NIR-N2H4。该探针由于发射波长在近红外区域，具有深的细胞穿透力、减少光损伤、低的细胞毒性，弱散色，而且能够有效消除环境和生物体中的背景荧光干扰等优点，具有优越的光谱性能。NIR-N2H4也是第一个近红外区检测水合肼的开关型荧光探针，具有高的灵敏度和选择性，而且能用于生理条件下的pH检测。本文第四章中，我们首次选用菲并咪唑和BODIPY染料作为母体，通过在两种染料之间的修饰，设计合成了一系列基于ICT、PET、TBET等作用机制的菲并咪唑-BODIPY衍生物的荧光染料，并对合成的染料光谱性能进行了研究;这些染料的共同点是具有大的摩尔消光系数和高的荧光量子产率，满足了其作为小分子荧光染料的应用要求。进一步，在这些染料的基础上，设计了一个用于检测氟离子的小分子荧光探针。该探针在其它卤素离子存在的条件下，对F-具有高的选择性，这是该系列染料的初步应用。