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荧光检测技术具有灵敏性高、可控性强、操作便捷和重现性好等优点，已成为生化领域分析检测的主要手段之一。有机小分子荧光探针是以有机功能性荧光染料为基础，将探针与待检测客体的相互作用转化成荧光光谱信号，直接把微观的特异性反应具体的显现出来，实现对客体分子的检测。尽管近年来荧光探针技术的发展取得了巨大的进步，但是大部分荧光探针的设计和构建还存在很多的局限性。首先，大多数荧光探针母体发射波长处于可见光区，这将会导致光漂白、光致毒等问题。其次，大多数荧光探针斯托克斯位移较小(＜50nm)，这将引起吸收峰和发射峰过度重叠，从而产生荧光自淬灭和瑞利散射。最后，大多数荧光探针检测机制属于“Off-On”型单窗口信号输出，当探针未与待检测客体作用时处于检测盲区，容易受到环境、探针浓度和设备的影响。因此，本文的立足点是通过精准调控探针的分子结构，构建一系列新型具有长波长发射、大斯托克斯位移的比率型荧光探针，为解决上述瓶颈问题做出一点新的探索。围绕这个目的，本论文展开了以下六个方面的工作: (1)我们利用分子内电荷转移(ICT)类探针的设计策略，首次采用异佛尔腈类染料作为探针母体，合成了新型硫化氢荧光探针(DCP-N3)。通过硫化氢的特异性还原作用，把吸电子的叠氮基团转化为供电子的氨基，从而使光谱性质发生巨大变化。实验结果表明:探针DCP-N3检测硫化氢后紫外最大吸收峰红移60nm，荧光发射峰红移81nm，斯托克斯位移为163nm。此外，该探针实现了对硫化氢的比率型检测，检测极限为0.13μM，可用于真实河水环境中硫化氢的检测。 (2)在上述工作的基础上，我们进一步利用ICT类探针的设计策略，合成了两种新型近红外钯荧光探针(DCP-Pd和DCM-Pd)。通过Pd0触发的Tsuji-Trost烯丙基反应，我们把供电子能力较弱的酰胺键转化为供电子能力较强的氨基，从而使两种D-π-A型探针分子光谱性质发生巨大变化。实验结果表明:探针DCP-Pd与金属钯作用后最大紫外可见吸收峰红移52nm，荧光发射峰红移63nm，斯托克斯位移为171nm。探针DCM-Pd与金属钯作用后最大紫外可见吸收峰红移37nm，荧光发射峰红移90nm，斯托克斯位移为168nm。探针DCP-Pd和DCM-Pd都实现了对金属钯的比率型检测，检测极限分别为24.2nM和30.4nM。 (3)我们结合光致诱导电子转移(PET)和分子内电荷转移(ICT)类探针的设计策略，首次以吡喃腈类衍生物为母体合成了两种新型pH荧光探针(DCM-Pa1与DCM-Pa2)。碱性条件下，探针分子中哌嗪基团分别对两种探针具有光致诱导电子转移(PET)作用，引起荧光猝灭;酸性条件下，哌嗪基团与质子结合削弱了其供电子能力，PET效应禁阻，从而使荧光增强。DCM-Pa1的pKa值为4.22，在650nm处表现出荧光增强，响应后信号增强近13倍，斯托克斯位移达到205nm;DCM-Pa2的pKa值为7.2，在590nm处表现出荧光增强，响应后信号增强近12倍，斯托克斯位移达到160nm。相比于已报道的pH探针文献，DCM-Pa2具有在酸碱度中性附近更宽的响应范围，更大的斯托克斯位移和发射波长。 (4)我们利用苯硫酚的芳香族亲核反应(SNAr)，首次采用2，4-二硝基磺酰哌嗪代替2，4-二硝基磺酰胺作为苯硫酚的识别基团，合成了新型近红外苯硫酚荧光探针DCP-DNBS。该探针对苯硫酚响应后在近红外658nm处表现出荧光增强和高达203nm的斯托克斯位移。此外，探针DCP-DNBS对苯硫酚表现出良好的选择性，可用于超低浓度苯硫酚的检测，检测极限达到3.4nM。值得一提的是，该探针成功实现了真实河水环境中低浓度苯硫酚的定量检测。 (5)我们利用分子内电荷转移(ICT)类探针共轭结构的打断策略，分别合成两种以4-二乙胺基(CB1)和久洛尼定(CB2)为供电子基团的新型半花菁近红外二氧化硫荧光探针。其检测机理为:通过二氧化硫衍生物HSO3-/SO32-对双键的Michael加成反应，把大共轭结构近红外半花菁类探针CB1和CB2转化为小共轭结构的香豆素类染料，从而使两种D-π-A类探针分子光谱性质发生巨大变化。相比于探针CB2，探针CB1表现出更优异的检测效果。探针CB1本身为蓝色，紫外光谱最大吸收峰位于588nm，荧光光谱最大发射峰位于650nm。与HSO3-/SO32-发生特异性反应后，探针CB1变成黄色，紫外最大吸收峰蓝移至455nm(△λabs=133nm)，荧光发射峰蓝移至560nm(△λem=90nm)，并且实现了对二氧化硫的比率型检测，检测极限达到27.6nM。 (6)我们利用Rondol类染料对酸碱敏感的特性，引入萘酚扩大了该类染料的共轭结构，合成了两种比率型pH荧光探针Rhd与Rhd-Me。酸性条件下，这两种探针分子中叔胺被质子化为季铵盐，羟基以酚羟基的形式存在。由于羟基弱供电子能力的特性，整个探针分子较难形成有效的分子内电荷转移(ICT)，导致其荧光减弱、发射波长变短。碱性条件下，具有较强的供电子能力的叔胺和较强电子接受能力的萘醌之间形成了良好的分子内电荷转移，引起最大紫外可见吸收峰和荧光发射峰的红移。因此，两种结构在不同酸碱条件下的相互转化使探针Rhd与Rhd-Me实现了对酸碱度的比色和比率型的检测。探针Rhd与Rhd-Me都表现出了良好的水溶性，pKa值分别为7.66和7.77，可以对中性附近pH实现良好的响应。