荧光探针,是一种以分子识别为基础,利用主体-客体间特定的相互作用而引起体系荧光性能的改变,从而选择性分析和识别目标化合物的荧光分析方法,主要适用于离子和小分子的定性或定量分析,具有成本低,实验试样量小,仪器操作简单,选择性好以及灵敏度高等优点,能对试样进行实时监测和原位检测。香豆素为苯并芘喃酮结构,它具有光稳定性好,Stokes位移较大,荧光强度高和良好的荧光量子产率等特点,被认为是一种理想、容易修饰的荧光基团。本论文选择以天然香豆素类化合物蛇床子素（OST）、七叶内酯（ESC）和补骨脂素（PSA）以及它们与七、八元瓜环（Q[7]、Q[8]）形成的包合物作为荧光探针,采用荧光光谱、紫外-可见分光光谱、质谱、核磁共振氢谱、红外光谱及x-射线晶体衍射等方法系统研究它们对金属离子的识别性能及识别机理,以期获得高选择性、高灵敏度的金属离子检测方法。主要研究内容如下:一、利用荧光光谱、紫外光谱、核磁共振氢谱、红外光谱、等温量热滴定、质谱等方法探究了OST、ESC和PSA作为小分子荧光探针对金属离子的识别性能及机理,结果表明（a）:OST在p H=4.0-8.0值下,对金属Hg2+离子具有特异性识别,其他金属阳离子对OST检测Hg2+离子几乎没有干扰,检出限为5.04×10-8mol·L-1;其识别机制为OST与Hg2+离子形成作用比为1:1的稳定络合物,结合常数为1.552×10~5L·mol-1。利用标准加入法测定水溶液中的Hg2+离子回收率为98%-99%。（b）:ESC本身有荧光,对多种金属离子均有荧光响应,无法实现对单一金属离子的特异性识别。（c）:PSA具有一定的荧光强度,在p H=4.0-9.0,能高选择性地识别Fe3+离子,并且识别过程不受其他常见干扰离子的影响,检出限为1.06×10-7mol·L-1,其识别机制为PSA与Fe3+离子发生络合作用,使其电子排布发生变化,导致荧光淬灭。二、利用荧光光谱、紫外光谱、核磁共振氢谱、质谱及晶体结构分析等方法探究了OST、ESC及PSA与七、八元瓜环构筑的超分子探针对金属离子的识别性能及机理。结果发现,（a）:OST与Q[7]、Q[8]不发生相互作用,不能与瓜环构筑超分子荧光探针。（b）:ESC与Q[7]、Q[8]能发生相互作用,生成作用比分别为1:1和2:1稳定包合物,结合常数分别为2.931×10~6L·mol-1和1.733×10~6L~2·mol-2。包合物ESC@Q[7]和ESC2@Q[8]能激发Al3+离子发出靛青色荧光,使得荧光发射强度增强,相对荧光量子产率增大,可作为超分子荧光探针选择性检测Al3+离子,其检出限分别为1.74×10-8mol·L-1和9.39×10-9mol·L-1。ESC@Q[7]识别机理可能是Al3+离子通过配位键与ESC的二个羟基形成1:1的络合物,使ESC从Q[7]空腔离去,为螯合荧光增强机制。与ESC@Q[7]@Al3+的作用模式不同,ESC2@Q[8]@Al3+的晶体结构表明,其识别机制是Q[8]中的两个ESC上的羟基氧原子和Q[8]端口的羰基氧原子同时与Al3+作用,形成2:1:1的链状结构配合物导致荧光增强。以ESC@Q[7]和ESC2@Q[8]为荧光探针,采用标准加入法检测自来水中Al3+离子的回收率均为97%-99%。（c）:PSA与Q[8]生成作用比为2:1稳定包合物,结合常数为1.830×10~6L~2·mol-2。与PSA相比,PSA2@Q[8]对Fe3+离子的特异性识别更加明显,猝灭效果更加强烈,对Fe3+离子检测限为1.05×10-8mol·L-1,标准加入法检测自来水中Fe3+离子的回收率为97%-99%。其识别机理可能是由于Fe3+离子与PSA2@Q[8]上PSA内酯环及Q[8]端口上的氧原子作用,生成作用比为1:2的稳定络合物,使得PSA的电子排布发生变化,导致荧光淬灭。以天然化合物作为荧光探针,具有无毒或低毒,生物相容性好,对环境友好等特点,是一类绿色化的荧光探针,可用于环境中金属离子的定量检测和监测。