汞离子、硫化氢（H₂S）和生物硫醇（GSH,Hcy,Cys）在环境及生理活动中都扮演了重要角色,它们的失调会带来不良的生理反应。例如,Hg²⁺不易被降解,积聚造成环境污染,经食物链进入到人体,过量的Hg²⁺会对中枢神经系统、肾脏和大脑造成损害,甚至致人死亡;硫化氢浓度失衡会导致唐氏综合征、高血压等疾病;生物硫醇浓度的异常与心血管疾病、癌症直接相关。因此,离子和生物小分子的检测对环境和生物体都意义重大。而荧光探针分析法因为其具有灵敏度高、操作简单、选择性高、能实现即时动态检测等优点,被广泛应用于离子和生物小分子的检测。在本文中,我们合成了四种基于氮氧杂环小分子的荧光探针,并对其光学性能进行了研究,具体如下:1、基于二氰基异氟尔酮的荧光染料作为荧光团,NBD作为猝灭基团,设计合成了一种选择性识别H₂S/GSH的近红外荧光探针HZ-NBD。探针HZ-NBD显示出高灵敏度,抗干扰能力强,响应时间短。此外,由于探针毒性低、pH适用范围广泛等优点,成功应用于细胞和斑马鱼体内荧光成像,为其实际应用奠定了基础。2、设计并合成了一种以二氰基异氟尔酮衍生物为荧光母体的近红外荧光探针AZ-NO₂,通过将具有强吸电子作用的2,4-二硝基氟苯与羟基相连,抑制分子内电荷转移导致荧光淬灭。当加入H₂S后,巯基诱导的芳香亲核取代反应促使2,4-二硝基苯离去,进而释放出近红外荧光信号。实验结果表明探针AZ-NO₂可实现对H₂S的特异性识别,具有高的灵敏度（16.3 nM）、抗干扰能力强、响应迅速,毒性低,可应用于细胞外源性和内源性H₂S的检测和斑马鱼体内荧光成像。3、以荧光素为荧光平台,基于席夫碱反应,合成了两种用于检测Hg²⁺的荧光探针HSFH（5-羟基水杨醛荧光素腙）和HQAFH（8-羟基喹啉-2-醛荧光素腙）。这两种荧光探针均基于荧光素的内酰胺螺环开关识别机制,汞离子与螺酰肼配位开环,从而实现了对Hg²⁺的专一性识别。此外,探针还有着高的灵敏度、宽的pH适用范围。最后,HSFH还被应用于实际水样的检测。