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本论文以萘四甲酸二酐为原料合成了八种化合物,分别为1,1‘-（反-芘酮-1,10-二甲酰基）二（4-甲基哌嗪）（L1）,1,1‘-（顺-芘酮-1,10-二甲酰基）二（4-甲基哌嗪）（L2）,1,1‘-（反-芘酮-1,10-二甲酰基）二（4-乙基哌嗪）（L3）,1,1‘-（顺-芘酮-1,10-二甲酰基）二（4-乙基哌嗪）（L4）,1,1‘-（反-芘酮-1,10-二甲酰基）二（4-异丙基哌嗪）（L5）,1,1‘-（顺-芘酮-1,10-二甲酰基）二（4-异丙基哌嗪）（L6）,N-（2-（二甲基氨基）乙基）-2-辛基-1,3,6-三氧代-1,2,3,6-四氢苯并苯并[4,5]咪唑并[2,1-b][3,8]菲咯啉-11-甲酰胺（S1）,N-（2-（二甲基氨基）丙基）-2-辛基-1,3,6-三氧代-1,2,3,6-四氢苯并苯并[4,5]咪唑并[2,1-b][3,8]菲咯啉-11-甲酰胺（S2）。同时,设计合成了基于咪唑并喹啉的小分子衍生物N‘-[（2-羟苯基）亚甲基]咪唑[1,2-a]喹啉-2-酰肼（R2）。九种化合物分别通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振氢谱（1H NMR）、碳谱(13C NMR)和质谱（MS）进行了结构表征。通过紫外吸收光谱和荧光发射光谱对这些化合物的光学性质进行了研究,发现它们都具备作为荧光探针的条件。化合物L1与L2,L3与L4,L5与L6互为同分异构体,它们以芘酮-1,10-二羧酸为母体,分别引入了N-甲基哌嗪、N-乙基哌嗪和N-异丙基哌嗪。研究结果显示,这六种化合物都对pH表现出很好的荧光响应。在乙腈/水（9/1）体系中,反式结构L1（4.29.0）、L3（4.28.0）、L5（4.27.2）都是良好的―打开‖型酸性pH探针,随着酸性的增强,探针呈现出亮黄色的荧光,并且检测不受金属离子干扰,有很好的可逆性。在乙腈/水（9/1）体系中,顺式结构L2（4.27.2）、L4（4.27.2）、L6（4.27.2）也是―打开‖型酸性pH探针,随着酸性的增强,呈现出橘红色的荧光,并且检测不受金属离子干扰,有很好的可逆性。为了改进前六种pH荧光探针,设计了溶解性更好的探针S1和S2,在乙腈/水（9/1）体系中,S1和S2对pH有很好的响应,检测范围分别是5.09.0,6.09.0。随着酸性的增强,探针发出黄色荧光,检测不受金属离子干扰,可逆性好。基于咪唑并喹啉的化合物R2以水杨醛为识别基团,在DMSO/水（9/1）的HEPES缓冲溶液中可以选择性灵敏性地识别检测铝离子,加入铝离子之后探针发出蓝色荧光,检测极限为1.73×10-7 M。探针在中性条件下检测铝离子的效果最好,其他金属离子对铝离子的检测干扰很小。然而,在乙醇/水（9/1）的HEPES缓冲溶液中,探针R2可以选择性灵敏性地识别检测锌离子,加入锌离子之后探针发出绿色荧光,检测极限为6.36×10-8 M。探针在中性条件下检测锌离子的效果最好,其他金属离子对锌离子的检测干扰很小。利用高斯03软件B3LYP/6-31G（d）机组对六种pH探针分子质子化前后进行了结构优化,对基态和激发态的前线轨道进行了理论计算。同时,也对金属离子探针R2络合离子前后进行了结构优化以及基态和激发态的前线轨道的理论计算。通过计算验证了检测机理,探针L1,L2,L3,L4,L5,L6,S1,S2的对pH的检测是基于PET机理,R2对铝离子和锌离子的检测是基于ICT机理。