本论文基于Michael加成以及分子内电荷转移(ICT)机理设计合成了四类用于检测在食品、环境、生命体系具有重要意义的添加剂、阴离子、氨基酸以及粘度的小分子荧光探针,并对探针的识别过程、作用机理以及应用进行了严谨细致的研究。主要内容如下：1.设计并合成了一种水溶性的Cys荧光探针MCP。MCP对Cys有着荧光和比色的双重响应,加入Cys后,MCP的荧光变为绿色,溶液颜色由红色转变为黄色；MCP对Cys有着高选择性(对Hcy与GSH响应微弱)以及高灵敏性。通过对照实验,证明了MCP与Cys通过分子间的静电作用增加了它们之间有效碰撞,进而加速了整个识别过程(响应时间小于1分钟)。通过对MCP的同分异构体OCP以及PCP的研究发现辅助基团的电荷分布对Cys的选择性有着重要的影响。MCP与Cys的加成产物因为静电作用保持稳定,OCP, PCP与Cys的加成产物不稳定并发生一个七元环化反应。通过胰岛素以及BSA的对照实验发现,MCP可以用于蛋白质中自由Cys残基的识别标记,并且MCP仅与蛋白质中自由的巯基发生反应。MCP具有较好的细胞通透性,可以实时反应Hela细胞内的活性巯基化合物的含量与实时分布。通过MCP的激光共聚焦成像照片显示活细胞内活性巯基化合物主要分布在内质网、核仁、线粒体等蛋白质合成与组装的场所。2.设计合成了一类基于ICT效应的,以乙基吡啶盐为转子,以BODIPY为荧光团的荧光粘度探针MEBP, OEBP, PEBP。通过对照实验证明,MEBP, PEBP的荧光量子产率几乎不受溶剂极性变化的影响；并且在一个广泛的pH范围内(1-10)保持稳定。MEBP, PEBP的荧光强度与粘度(1-1000CP)保持良好的线性关系,在此粘度范围内,MEBP的荧光增加了74倍,线性系数1=1.745; PEBP的荧光增加了25倍,线性系数X=0.624。MEBP, PEBP具有较好的细胞膜通透性,共聚焦成像表明MEBP, PEBP能实时反映Hela细胞内的粘度分布,并能对由双氧水诱导引起细胞氧化应激反应造成的细胞粘度的改变有着较好的响应。3.利用荧光光谱与紫外吸收光谱研究了PEBP对CN离子的识别。结果表明PEBP对CN离子有着高度的选择性,并表现出了比色与比率荧光的双重响应。加入CN离子后,PEBP的荧光由橙色变为绿色,溶液颜色由红色变为黄色。通过1HNMR与19FNMR核磁滴定实验,我们首次提出并证明了PEBP与CN离子的识别是通过以一种新型的基于B原子的F-CN置换机理。常见的BODIPY染料均不能与CN离子发生类似的F-CN置换反应,证明PEBP具有特殊性,原因为PEBP中的乙基吡啶盐为强吸电子基团,分子内强烈的ICT效应使得中心B原子活性提高,为F-CN的置换反应提供了基础条件。通过对同分异构体OEBP与MEBP的对照研究发现,尽管结构类似,但OEBP与MEBP对CN离子的响应与HEBP的响应完全不同,CN离子完全淬灭了OEBP与MEBP的荧光,证明了它们之间存在着不同的作用机理。利用1H NMR与19F NMR核磁滴定实验,我们证实了OEBP与MEBP对CN离子的响应是通过乙基吡啶盐上的C=N双键与CN离子之间发生的Michael加成反应实现的。4.设计合成了一种含有香豆素与共轭半菁结构的探针CHCN, CHCH具有较好的水溶性,可用于实际生理条件下进行检测；CHCN的最大发射波长位于638nm,属于近红外荧光探针。CHCN对S032-具有高度的选择性,S032-能引起CHCN的比色与比率荧光的双重响应,使CHCN的颜色由蓝紫色变为淡黄色,荧光由红色变为兰青色。CHCN对高浓度的CN-与82-给出不同的荧光响应,CN-使其荧光颜色由红色变为亮黄色,而S2-使其荧光颜色由红色变为了兰青色。