荧光化学传感器和比色化学传感器由于具有较高的灵敏度、可利用光纤技术实现远距离实时检测、实现裸眼识别等优点，近年来引起了人们极大的兴趣。染料分子由于具有较强的生色能力，在加入底物过程中，通常会在可见光区范围发生紫外可见吸收光谱和荧光光谱的变化。因此，本论文设计、合成了一系列有机染料，并研究了其在离子光化学传感方面的应用。1．设计合成了偶氮喹啉苯酯衍生物1-4（见图A1），并研究了与Hg²⁺作用前后化合物的光物理性质的变化。实验结果表明，偶氮基团的引入改善了喹啉苯酯化合物的生色能力。苯环上4-位取代基推电子能力的增强不仅使得化合物1-3的吸收光谱发生红移，而且对化合物和Hg²⁺配位后的光谱变化有很大影响。对于含推电子基（-OCH₃，-N（CH₃）₂）的化合物2和3来说，Hg²⁺的加入使化合物由D-π-D结构转变为D-π-A结构，增加了分子内电荷转移的程度，导致化合物吸收光谱的红移；而对于含吸电子基（-NO₂）的化合物4来说，Hg²⁺的加入使化合物由D-π-A结构转变为A-π-A结构，减小了分子内电荷转移的程度，从而导致化合物吸收光谱的蓝移。强推电子基（-N（CH₃）₂）的引入将化合物3在加入Hg²⁺前后的光谱调节至可见光区范围内，使其可用于Hg²⁺的裸眼检测。其它金属阳离子的存在不干扰Hg²⁺的检测。紫外吸收光谱和¹H NMR谱均证实化合物与Hg²⁺的键合部位是喹啉N原子与酯基O原子。2．设计合成了罗丹明衍生物1-3（见图A2），研究了加入Hg²⁺前后化合物的光物理性质的变化。实验结果表明，在pH为中性的缓冲溶液中，加入Hg²⁺前，化合物1-3的紫外可见吸收谱图的吸收峰强度很弱，对应的荧光光谱发射峰也很弱，此时化合物为关环态；而加入Hg²⁺后，紫外可见吸收谱图上位于555 nm附近分别出现了明显的吸收峰；对应的荧光光谱在510 nm波长激发下位于580 nm附近也出现了明显的发射峰，化合物由关环态转化为开环态。相应的颜色和荧光均发生了明显的变化：颜色由无色变为明显的红色；荧光颜色在365 nm波长激发下由无色变为橙红色。化合物1相比于化合物2和3对Hg²⁺具有更好的选择识别性能，其它金属离子的存在不干扰化合物1对Hg²⁺的检测。化合物1有望发展为同时具有吸收和荧光发射输出信号的Hg²⁺化学传感器。3．设计合成了具有不同共轭结构的偶氮羟基喹啉衍生物1-3（见图A3），研究了加入阴离子前后化合物的光物理性质的变化。实验结果表明，偶氮基团的引入改善了8-羟基喹啉的生色能力，并且在乙腈溶液中随着取代基由苯基变为萘基和蒽基时，化合物的吸收光谱发生红移。结合吸收光谱数据和晶体结构数据可以得出，在乙腈溶液中化合物的光物理性质主要取决于共轭结构，而在固态条件下化合物的光物理性质受共轭结构、分子面间距、二面角以及氢键作用的综合影响。多环芳烃的引入能够在一定程度上改善化合物对阴离子的键合能力，使化合物均对F有较好的响应，并可达到裸眼识别。¹H NMR表明酚羟基是偶氮喹啉衍生物响应阴离子的关键部位。4．设计合成了半菁染料1-4（见图A4），研究了这四个化合物在加入阴离子前后的光物理性质。在加入碱性较大的阴离子（F和AcO-）后，化合物1-4的乙腈溶液的紫外可见吸收光谱均发生了明显的红移，表明1-4是一类较好的阴离子化学传感器。设计合成了一个查尔酮化合物5，加入碱性较大的阴离子（F和AcO^-）后，紫外可见吸收光谱和荧光光谱均发生变化，有望发展为荧光和生色双功能阴离子传感器。5．由于方酸染料与巯基的反应可破坏方酸染料的共轭结构，而加入Hg²⁺后，巯基与Hg²⁺相互作用可置换出方酸染料。基于这个置换反应，在第六章中，制备了有机／无机杂化介孔材料SQ／SBA-15（见图A5），可同时用于Hg²⁺的检测和分离。其它金属阳离子的存在不干扰SQ／SBA-15对Hg²⁺的检测，SQ／SBA-15有望发展为同时用于Hg²⁺的检测和分离的有机／无机杂化材料。