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检测氟离子的方法主要有:选择性电极、离子色谱法和荧光检测法，前面两种方法存在着成本高、操作复杂、不易携带等缺点，相比之下，荧光化学传感器具有方便、快捷、灵敏度高等优点，开发利用氟离子荧光化学传感器有望解决前面两种方法的不足。传统的氟离子荧光化学传感器通常利用检测基团与氟离子之间的超分子作用（如氢键、路易斯酸碱结合和anion-π相互作用等）识别底物，这类荧光化学传感器在识别过程中往往容易受溶剂环境、相似物种的干扰，尤其在水相中，受水的溶剂化作用影响，传感体系的检测灵敏度和选择性也会显著降低，这些缺点限制了传感器在实际检测中的应用。氟离子反应型荧光化学传感器是利用硅氧烷与氟离子间特殊的化学反应设计而成，探针通过化学反应(化学键的断裂与重组）生成具有明显光谱差异的产物，实现对氟离子的识别。反应型荧光传感器不仅具有更高的选择性与灵敏度，而且更容易在水环境中实现对底物分子的定性和定量检测。 本论文设计并合成了三种新型的氟离子反应型荧光化学传感器，研究了这些探针在水相中对氟离子的定性和定量检测性能，并将其应用于市售口腔护理产品以及活体细胞中的氟离子检测，取得了一系列有意义的结果: 1.基于分子内电荷转移机理的比色与荧光比率型氟离子化学传感器的研究:设计合成了三个不同硅烷基团保护的羟基芘甲醛衍生物作为候选的氟离子荧光化学传感器。通过比较它们在检测环境的稳定性以及对氟离子响应速度快慢，筛选出了具有良好稳定性和最优检测性能的叔丁基二甲基硅烷修饰的PyO-CHO-1作为氟离子荧光探针。探针PyO-CHO-1对氟离子的识别具有高度专一性，表现出显著的吸收和荧光光谱响应（均呈现出大于100nm的红移），荧光比率增强达255倍，检测限可达0.14μM(即2.7ppb)，是目前文献报道的水相氟离子荧光传感器中最灵敏的一个，并且在pH=6～8的范围内对氟离子的测试响应稳定;探针分子PyO-CHO-1能对市售牙膏产品的氟含量实现定量检测，以及实现活体HeLa细胞中的氟离子成像检测。 2.基于F(o)rster能量传递机理的比率型氟离子荧光化学传感器的研究:设计并合成了以7-二乙胺基香豆素衍生物作为能量给体、硅烷保护的闭环荧光素衍生物作为能量受体、基于F(o)rster能量传递机理的氟离子比率荧光传感器Cou-FITC-Si。探针分子未与氟离子作用时分子内不发生F(o)rster能量传递，呈现香豆素蓝色荧光，氟离子的加入使得探针分子脱去硅烷并形成开环荧光素，探针分子被激发后发生从香豆素基团到荧光素基团的F(o)rster能量传递，荧光光谱出现59nm的红移，体系的发光由蓝色变成绿色，荧光比率增强181倍，检测限可达到3.3ppb并具有高度专一性;利用交联型纳米凝胶PNIPAM负载Cou-FITC-Si进入HeLa细胞，实现了对HeLa细胞内氟离子的比率荧光成像;结合探针分子的氟离子检测工作曲线，实现了对牙膏产品中氟含量的定量检测。 3.水相“turn-on”型氟离子荧光化学传感器的研究:设计并合成了以香豆素衍生物作为荧光基团、硝基苯作为猝灭基团、基于光致电子转移机理的氟离子turn-on型荧光化学传感器DTBPC。通过硅烷连接了硝基苯的香豆素发色团由于分子内电子转移而发射很弱的荧光，当体系中加入氟离子时，氟硅的特殊反应断裂DTBPC分子中的Si-O键，释放出香豆素阴离子，探针体系呈现香豆素阴离子的吸收和ICT态发光，该荧光传感体系检测氟离子响应时间从文献中类似探针分子的4h缩短到3min，检测限达到60ppb，并且具有很好的专一性，表明DTBPC可以在水相中高灵敏、快速、专一性地识别氟离子。