近年来,荧光探针作为一种优秀的化学检测试剂,由于其具有高的灵敏度和选择性、操作简单、响应迅速等优点,不仅适合于传统实验,还可用于生物体内研究。尤其是在活体生物成像研究方面,荧光探针几乎不对细胞造成损伤,而且还可以实现活体的可视化研究,能够同时显示出较高的空间和时间分辨能力。因此,设计和合成新颖的荧光探针,利用它们识别特定的分析物,具有重要的意义。在本论文中,我们设计合成了基于不同原理的、可用于检测Cu²⁺、Hg²⁺、Cd²⁺和ClO^-的三种新型荧光探针,主要研究内容如下:（1）设计合成了一种对于Cu²⁺具有识别能力的新型罗丹明衍生物（RhS）。该荧光探针可用于测定饮用水和活体细胞中Cu²⁺的浓度,并且具有可逆性。其原理为Cu²⁺与RhS发生配位,RhS的螺酰胺环发生开环反应,导致其荧光发光强度增加,而其他金属离子无此性能,因此该探针对于Cu²⁺具有较高的选择性。通过Job’s点曲线和质谱（MS）确定了RhS和Cu²⁺配位的化学计量比为1:1,该实验结果同时得到了密度泛函（DFT）理论计算的支持。该探针对于测定Cu²⁺的线性范围和检出限分别为0.50²0.00和0.11μmol L-1。饮用水样品的分析结果显示该探针检测Cu²⁺的回收率为100.4¹01.2%,此外,探针还显示了其在活体He La细胞中用于监测Cu²⁺的潜力。（2）基于荧光共振能量转移（FRET）机理,设计合成了一种可用于测定中性水样品中Hg²⁺和监测活细胞内Hg²⁺水平的荧光探针DRh。通过UV-Vis和荧光光谱实验,考察了探针DRh对于金属阳离子的选择性,结果表明探针DRh能够对Hg²⁺进行高选择性的识别。通过Job’s点曲线和质谱（MS）确定了DRh和Hg²⁺配位的化学计量比为1:1,并结合密度泛函（DFT）和含时密度泛函（TD-DFT）理论计算研究了配位和发光机理。该探针对于测定Hg²⁺的线性范围和检出限分别为0³0.00和0.008μmol L-1。中性水样品的分析结果显示检测Hg²⁺的回收率为104.5¹07.9%。此外,该探针还应用于活体HeLa细胞中Hg²⁺的成像研究。（3）设计合成了一种水溶性基于荧光素的增强型荧光探针TF。该探针可用于荧光选择性的检测生理pH条件下的ClO^-和Cd²⁺,荧光增强幅度分别为64倍和4倍,增强原理分别为氧化反应和配位反应。探针对于ClO^-和Cd²⁺的检出限分别为0.068μmol L-1和2.2μmol L-1。采用密度泛函（DFT）和含时密度泛函（TD-DFT）理论计算方法对ClO^-、Cd²⁺与TF的结合方式与反应机理进行了研究。此外,该探针还显示出了在活体细胞中用于监测ClO^-和Cd²⁺的潜力。