在超分子化学领域中,光化学传感器作为化学传感器家族中的重要组成成员之一,基于其光吸收或发射信号极高的灵敏度和对目标存在物极低的检测限之优点,近年来已受到人们极大的关注并引起强烈的研究兴趣。由于冠醚环与不同金属离子具有选择性结合的特点,所以已被广泛应用于智能光化学传感器的设计。席夫碱是分析化学、合成化学品和药物中的一类重要化合物,由于席夫碱链卓越的辅助光致发光性能、与金属离子特殊的螯合性能及灵敏的光信号传感能力使其被作为设计和合成荧光化学传感器的重要结构组成部分。对光化学传感器的应用及键合传感机理的一些新的探索是近年来国内外科学家关注的热点,实验方法的创新和量子化学理论计算的应用为此深入研究和获得更广泛的实验依据提供了可能。为此,本文设计并合成的几种光化学传感器,较深入地考察了它们对金属离子的识别性能、分析条件及键合传感机制。本文设计并合成了3种席夫碱型苯基氮杂冠醚光化学传感器。在选用最佳溶剂和测试浓度的条件实验的基础上采用紫外可见光谱和荧光光谱法分别考察了合成传感器对17种金属离子(Li⁺、K⁺、Na⁺、Co²⁺、Ba²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Ca²⁺、Cu²⁺、Al³⁺、,Mg²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺、Sr²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺和Fe³⁺)的选择性识别行为,在此基础上进一步研究了传感器对被选择离子的分析条件,即其它金属离子对被检测离子的干扰程度、分析检测的线性范围、检测限、被检测离子的键合可逆性,同时通过光谱滴定法测定了传感器分子与可识别离子的化学键合计量比及稳定常数。论文中进一步采用红外光谱法、质谱法、核磁共振（¹H NMR）滴定法以及量子化学理论计算程序Gaussian 09软件包（DFT and TD-DFT）进行分子结构优化等计算法研究了合成传感器分子与可识别金属离子的键合模式和传感历程。具体研究工作如下:1、本文第二章合成了一种新型比色荧光化学传感器双[4-（N-氮杂15-冠-5）苯甲醛]缩连氮（L1）。以乙醇为溶剂,通过紫外可见和荧光光谱研究了L1对各种金属离子的选择性。在金属离子选择性实验的紫外可见光谱和荧光光谱中显示L1对Al³⁺和Fe³⁺有显著的选择性。竞争实验表明,Al³⁺会在一定程度上干扰L1识别Fe³⁺。紫外可见光谱中传感器L1对Al³⁺/Fe³⁺的检测限分别为3.5535×10^-6 M和4.3872×10^-6 M,荧光光谱中L1对Al³⁺/Fe³⁺的检测限分别为3.3394×10^-7 M和3.6225×10^-7 M。通过Li’s equation等式经线性拟合可知L1和Al³⁺/Fe³⁺之间的键合稳定常数（logKs）分别为8.97和8.95（紫外可见光谱）以及8.82和8.67（荧光光谱）。化学计量比均为2:1,并经Job’s、质谱实验以及Benesi-Hidebrand方程拟合进一步确定化学计量比。通过添加Na₂EDTA溶液,结果表明L1对Al³⁺和Fe³⁺的键合是化学可逆的。红外光谱、质谱、核磁共振（¹H NMR）滴定测试及Gaussian 09软件包（DFT）分子结构优化计算考察了传感器L1与Al³⁺和Fe³⁺的键合模式和传感机理。研究结果表明,传感器L1及其金属离子络合物具有ππ*跃迁的吸收光谱特征。传感器L1的弱荧光是由于其结构中C=N基团的异构化所致。DFT计算支持L1对Al³⁺和Fe³⁺的螯合增强荧光（CHEF）效应以及C=N异构化的抑制的传感机制,因此可知L1与Al³⁺/Fe³⁺发生作用的部位均为-HC=NN=CH-基团中的氮原子。2、第三章合成了一种新型的荧光化学传感器对氮杂15-冠-5苯甲醛水杨醛缩连氮（L2）。在甲醇中通过紫外可见光谱和荧光光谱研究了化合物L2对金属离子的光谱响应情况。在紫外可见光谱中,传感器L2对Zn²⁺,Ni²⁺,Cu²⁺,Al³⁺和Fe³⁺有选择,在荧光光谱中,其对Zn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺有选择性,尤其是L2对Zn²⁺的选择性有显著的荧光增强的特点。竞争实验中,Fe³⁺、Cu²⁺和Ni²⁺对L2识别Zn²⁺产生了一定程度的干扰,剩余其他金属离子对L2识别Zn²⁺无干扰。紫外可见和荧光光谱中传感器L2对Zn²⁺的检测限分别为3.1925×10^-6 M和1.0168×10^-8 M。可逆实验表明L2与Zn²⁺的键合具有化学可逆性。通过Job’s图、质谱实验证明了L2与Zn²⁺之间的化学计量比为1:1,紫外可见光谱和荧光光谱中L2与Zn²⁺之间的键合常数分别为（logKs）3.93和3.14。红外光谱和¹H NMR滴定实验表明L2与Zn²⁺的作用部位可能为L2的-HC=NN=CH-上的两个氮原子、-OH中的氧原子。L2与Zn²⁺的键合模式、传感机理以及电子跃迁性质的变化分别通过DFT和TD-DFT计算进一步证明,DFT计算支持L2对Zn²⁺的金属-配体电荷转移（MLCT）的传感机制,TD-DFT计算支持了L2以及L2-Zn²⁺配合物的理论紫外-可见光谱的实验结果。3、第四章合成了6-（对位氮杂15-冠-5苯甲醛缩亚氨基）香豆素（L3）光化学传感器。在以甲醇为溶剂的金属离子选择性实验中,传感器L3对Al³⁺具有专一选择性。竞争实验中,其他金属离子对L3识别Al³⁺没有产生干扰。紫外可见和荧光光谱中传感器L3对Al³⁺的检测限分别为3.6329×10^-6 M和2.2915×10^-6 M。通过可逆实验证明了L3对Al³⁺键合的可逆性。Benesi-Hidebrand方程拟合、Job’s图和质谱实验证明了L3与Al³⁺之间的化学计量比为1:1,且紫外可见吸收光谱和荧光光谱中L3与Al³⁺的键合常数（logKs）分别为3.90和4.28。红外光谱和¹H NMR实验证明了传感器L3与Al³⁺的作用部位可能为L3中的冠环以及亚胺氮上的氮原子。