罗丹明类荧光团具有摩尔消光系数大、量子产率高、光稳定性好、水溶性好等优点,被广泛用于各类探针的设计合成中。其设计的主要思路是,通过分子酰胺内螺环的形成与否,控制结构中氧杂蒽平面的共轭体系以调节分子的荧光发射。在探针结构中引入给电子基团,能够使荧光团的激发、发射波长均向长波长方向移动;在分子结构中引入大量能旋转的键和C、N等杂原子,使分子具有较多的热带能级（hot band energy level）,这些因素使新合成的分子荧光探针具备了反斯托克斯发光（anti-Stokes luminescence）的性质,对于探针在生物样品中的检测是有利的。因此开发出激发、发射波长在长波长区域,或者具有反斯托克斯发光性质的荧光探针成为了现阶段的研究热点。本论文设计合成了三种有机小分子探针,研究了它们对相应被测物质的荧光响应,内容主要包括:第一章,介绍了论文的背景,简要阐述了超分子化学领域内基于不同机制的荧光传感器的机理和应用,以及长波长型荧光团在荧光化学传感方面的研究与应用。第二章,设计了一个基于罗丹明衍生物的荧光、频率上转换发光双通道的pH探针,利用核磁共振、质谱确认了其结构,用紫外光谱、荧光光谱表征了其性质,研究发现,该探针能够对pH的变化进行特异性识别。我们还利用细胞成像实现了在细胞中动态监测pH。第三章,设计并合成了两种金属离子的探针,并利用核磁共振、质谱确认了其结构,用紫外光谱、荧光光谱表征了其性质,研究发现,它们在溶液中分别对Hg²⁺、Al³⁺有很好的选择性。