瓜环（Q[n]s）是一类大环主体,其具有刚性疏水性空腔和两个相同且分布着羰基的端口。自1981年Mock表征了六元瓜环（Q[6]）以来,受到了广泛的关注。瓜环刚性疏水空腔和静电势呈负电性端口的结构特征形成了瓜环基主-客体化学和瓜环基的配位化学研究方向。研究表明,瓜环基的主-客体相互作用可能受到瓜环端口与金属离子配位的影响,反之,瓜环端口与金属离子的配位亦可受到瓜环对客体的包结的影响,于是派生出瓜环-客体-金属离子三组分间的相互作用的化学分支(Q[n]-G-Mⁿ⁺),包括瓜环/金属离子配合物(Q[n]/Mⁿ⁺)与客体（G）的相互作用;瓜环-客体包结配合物（G@Q[n]）与金属离子(Mⁿ⁺)的相互作用。而本论文则关注具有荧光特性的G@Q[n]与Mⁿ⁺作用体系。与Mⁿ⁺作用后G@Q[n]发生荧光猝灭或增强变化的特性使其用作超分子荧光探针。考察G@Q[n]对金属离子分析检测性能、G@Q[n]与Mⁿ⁺作用模式以及导致体系荧光发生改变的机制成为本论文的主要研究内容:基于对已知的由普通六元瓜环（Q[6]）和阳离子半花菁类染料（t-DSMI）组成的主客体包合物的研究,选择水溶性良好的四甲基六元瓜环（TMe Q[6]）与t-DSMI的主客体包结配合物为探针来识别中性水溶液中不同的金属阳离子。实验结果表明,该探针通过不同程度荧光猝灭对碱金属体系中的Cs⁺阳离子,碱土金属中的Ba²⁺和Sr²⁺,镧系金属中的Eu³⁺,Tm³⁺和Yb³⁺,过渡金属中的Cr³⁺,Fe³⁺和Hg²⁺产生响应。响应机制探讨表明对于Cs⁺,Ba²⁺和Sr²⁺阳离子,部分交换成为主要响应模式;对于Eu³⁺,Tm³⁺和Yb³⁺,Cr³⁺和Fe³⁺阳离子,三元协同成为主要响应模式;而对于Hg²⁺阳离子,则两种响应模式共存。对天然异喹啉生物碱PAL与普通八元瓜环Q[8]之间的主客体相互作用进行了详细考察,结果表明,加入Q[8]之后PAL的荧光增强,同时主客体形成了1:2的包合物。将PAL@Q[8]作为荧光探针,检测了各种金属阳离子,包括碱金属（A⁺）、碱土(AE²⁺)、过渡金属(Trⁿ⁺)和镧系金属(Ln³⁺)。仅有三价铁离子有能使该探针发生荧光猝灭,表明该探针能够高选择性地检测Fe³⁺离子,从而建立的一种Fe³⁺的检测方法。利用已知的包合物H33258@Q[8]作为荧光探针,可以检测不同p H条件下（1.5、4.5和7.2）水溶液中的金属阳离子。在p H值为1.5时,当Q[8]增加到Q[8]:H33258的比值为2:1时,H33258的荧光强度会迅速增加。研究发现在不同的介质条件下,不同比例的H33258/Q[8]超分子荧光探针对金属离子有着不同的响应。在p H 7.2下,探针对多种金属阳离子有响应,包括第三主族元素之一Al³⁺、四种过渡金属阳离子Hg²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cr³⁺和三种镧系阳离子Eu³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺;在p H值为4.5时,探针仅对两种过渡金属阳离子Hg²⁺和Fe³⁺有反应。在p H值为1.5时,探针失去了识别性能。