有机荧光传感器具有高灵敏度、高特异性和重现性好等优点,是未来解决有毒有害物质检测的有效方法和可靠技术,特别是可以建立便携、可视化检测和易于操作的新的传感技术。随着科学技术的不断发展,新的检测技术在工农业生产、食品药品安全、环境检测、医疗诊断等领域中的应用越来越重要。因此,利用有机荧光传感器在分析检测方面的优势,构建多元化的有机小分子荧光传感器,依然是材料领域研究的热点之一。目前有机荧光传感器的研究取得了一些的成果,但仍然存在选择性差灵敏度不高,水溶性和生物相容性差等问题。本论文围绕可应用于对生物神经毒素肼和光气的分析检测,以及与生物新陈代谢相关的铜离子和活性氧-次氯酸的分析检测研究,设计并合成了具有D-π-A结构的四种反应型有机荧光传感器,通过理论计算和实验测试对这四种传感器的性能进行了表征和分析,部分传感器已应用于细胞荧光成像。取得了以下研究成果:（1）基于蒽衍生物的荧光关闭型Cu2+传感器的合成和性能研究。该传感器LXLS-1是一种新型的D-π-A构型蒽环结构的荧光传感器,针对以往蒽衍生物类传感器虽然荧光量子产率高,但选择性差、发射波长短（通常在450nm以下）的问题,设计合成了以蒽环荧光团与水杨醛识别基团构成的席夫碱共轭结构,使传感器LXLS-1发射光谱红移值在484nm处,并表现出对铜离子荧光“开-关”型的特异性识别,其线性范围为:1×10-5mol/L～1×10-4mol/L,最低检测限为0.105μmol/L。（2）基于咔唑衍生物的荧光关闭型光气传感器的合成和性能研究。该传感器通过咔唑为荧光团,苯环为连接臂,邻二苯胺为识别基团组成可识别光气的传感器KZ-1。该传感器识别基团邻二苯胺可与光气发生亲核取代反应成内酰胺五元环KZ-1-PHOS,使得传感器由原来的D-π-D结构转变成D-π-A结构,荧光发生淬灭。经量化计算发现传感器对光气识别后,由之前的电荷转移激发（CT）转变为电荷局域激发（LE）,且由n→π*跃迁导致荧光淬灭。传感器KZ-1对光气具有较高的选择性,可以在神经毒气模拟物(氯磷酸二乙酯（DCP）,五种酰化/磷酸化试剂:草酰氯（（COCl）2）,乙酰氯（CH3COCl）,二氯亚砜（SOCl2）,三氯氧磷（POCl3）,对甲苯磺酰氯（p-Ts Cl）和两种酸:三氟乙酸（TFA）,盐酸（HCl）干扰的情况下对光气进行专一性识别,检测限达0.9 ppm。并且将传感器KZ-1制备成薄层板简易检测器件模拟工厂光气泄露成功检测光气。（3）基于苯并咪唑衍生物的比率型肼荧光传感器的合成和性能研究。该传感器MZ-DA是基于前期对5-（4-（二甲基氨基）苯基）-1H-吡咯-2-羧酸荧光性能研究,并总结铜离子和光气传感器设计中的不足,通过密度泛函理论计算所设计的多个传感器的荧光光谱学性质,最终筛选对比出以苯并咪唑作为电子供体,邻苯二甲酰亚胺作为电子受体,噻吩作为二者的连接桥。利用邻苯二甲酰亚胺基团可与N2H4进行Ing-Manske反应,从而切断苯基邻苯二甲酰亚胺的吸电子部分,以形成新的电子推挽系统的原理。设计并成功合成了传感器MZ1-DA。借助药物设计的思路,不改变传感器中电子供体与受体之间的电子关系的前提下,在MZ1-DA的N-3引入亚甲基羧酸钠基团对其结构进行修饰,得到新的传感器MZ-DA,通过测试其Log P（Oct/buff）=1.68,Log D7.4=-1.97,水溶性和生物相容性得到很大的提升。该传感器可在DMSO/水（1:99）体系中按比例模式检测肼,检测的线性范围为0.28～120μM,检出限为0.038μM,适合于低丰度的应用检测;并且可以通过裸眼识别。此外,它已成功用于检测河水样品、蒸气形态的肼以及在A549细胞中肼的荧光成像。（4）基于咔唑衍生物的比率型次氯酸荧光传感器的合成和性能研究。在光气传感器研究的基础上,对咔唑环进行结构改造和修饰,通过在咔唑的3位和6位引入共轭片段,并通过密度泛函理论计算所设计的多个传感器的荧光光谱学性质,最终筛选出以吡啶季胺盐为细胞靶向基团,以氟硼酸为新型识别基团,创新性的设计并合成了一种对次氯酸具有高灵敏度和高选择性的新型有机荧光传感器KZ-BFK。通过量化计算表明,传感器KZ-BFK在识别次氯酸之后,氟硼酸识别基团被次氯酸氧化后形成的酚羟基使得整个传感器分子的HOMO和LUMO轨道之间的能隙减小,发射波长发生了较大的红移（115nm）,具有明显的分子内电荷转移效应。传感器KZ-BFK可在几乎纯水的极性环境下工作,线性范围为0～70μmol/L,检出限为0.012μmol/L,适合于低丰度的应用检测,并且可以通过裸眼识别。此外,传感器KZ-BFK具有585nm长发射波长,可用于生物体内次氯酸的荧光成像检测,不受生物本身荧光背景的干扰。由于其含有亲水性和生物膜透过性双功能基团,兼顾水溶性和生物相容性,因此,与肼传感器和大多数次氯酸传感器相比,亲水性和生物相容性更高;且通过MTT实验和流式细胞仪实验证明,KZ-BFK可在极短的时间（30min）内进入腺癌人类肺泡基底上皮细胞以及正常人体肝细胞,并且已成功用于检测A549细胞中次氯酸的荧光成像。