荧光探针具有灵敏度高、选择性好、操作简单、对样品无损伤等优点,并且与荧光显微成像技术结合,能够实现在细胞或活体内目标分子的实时、定位检测,因此被广泛应用于生物学、环境学和医学等领域,成为必不可少的研究工具,极大地推动了这些学科的发展。一氧化氮（NO）、一氧化碳（CO）、和硫化氢（H₂S）是公认的高毒性和危险的环境污染物。最近的研究显示这些分子可在哺乳动物细胞中可通过酶产生,是具有独特信号响应的内源性气体信号分子。与NO、CO和H₂S相似,SO₂也是公认的空气污染物,SO₂在体内可内源性产生,并且显示了独特的生物活性。这些现象使得SO₂被建议是同NO、CO和H₂S相似的气体信号分子。然而,这些气体信号分子所行使生理学功能的详细机理仍未阐明,因此,开发灵敏、特异性和快速检测这些气体信号分子的技术显得尤为必要。在第二章,通过将吡啰红染料与邻苯二胺的一个氨基直接共价键相连,构建了一个线粒体靶向的NO荧光探针2-1。相对于脱氢抗坏血酸、抗坏血酸、丙酮醛等新陈代谢物和其它活性氧化物与氮化物,探针对NO显示了良好的选择性。NO与探针反应生成具有红色荧光的苯并三氮唑产物2-2,并导致在反应前后1200倍的荧光增强响应。在半胱氨酸和谷胱甘肽的存在下2-2可进一步发生反应,分别生成具有绿色荧光的氨基取代吡啰红2-4和具有红色荧光的巯基取代吡啰红2-5。在细胞内半胱氨酸和谷胱甘肽的辅助下,2-1可在双通道影像细胞内的NO。第三章描述了一个基于氢键抑制C=N异构化机理的亚硫酸氢钠荧光探针3-1。由于含有在激发态快速旋转的C=N键,荧光探针3-1显示非常弱的荧光。亚硫酸氢钠与探针醛基发生加成反应生成的羟基与C=N通过氢键相互作用,抑制了C=N键的旋转,从而恢复1,8-萘酰亚胺荧光团的荧光,实现对亚硫酸氢钠的荧光“关-开”响应。在弱酸性条件下,探针3-1可选择性的检测溶液中的亚硫酸氢钠,并被用于检测食用白糖中亚硫酸氢钠的含量。在第四章进一步开发了一个可用于检测细胞中二氧化硫衍生物的荧光探针4-1。探针4-1基于香豆素-半花菁染料。由于苯并噻唑基团强的吸电子作用,发生从7-二乙胺基香豆素到苯并噻唑基团的分子内电荷转移作用,该探针具有红荧光。二氧化硫衍生物,亚硫酸氢钠和亚硫酸钠与探针发生特异性的迈克尔加成反应,打断了从供电子的7-二乙胺基香豆素到吸电子的苯并噻唑基团的共轭和分子内电荷转移,使得探针4-1的吸收发生蓝移,荧光由红色变为青色。相对于半胱氨酸、同型半胱氨酸、谷胱甘肽和硫化氢等其他活性硫化合物,以及细胞内常见的阴离子,探针4-1对二氧化硫衍生物显示了高的选择性。探针4-1被用于检测细胞内的二氧化硫衍生物。