荧光比率法是通过测量两个不同波长处的荧光强度,以其比值作为信号参量,从而来测定目标物的分析方法。荧光比值信号不受光源强度和仪器灵敏度的影响,因此与传统的荧光探针相比,比率型荧光探针可以提高方法的选择性、灵敏度和动态响应范围。比率型荧光探针的设计机理主要有荧光共振能量转移、激发态分子内质子转移、分子内电荷转移等。2-(2-羟基苯基)苯并咪唑(2-(2-hydroxyphenyl) benzimidazole, HPBI)由于存在激发态分子内质子转移(excited state intramolecular proton transfer, ESIPT)过程,发射双重荧光峰。如果我们对HPBI结构中的羟基进行修饰,则该分子的ESIPT过程不能有效发生,从而使HPBI的荧光光谱发生相应改变。本文以HPBI为母体,将其结构中的羟基作为比率型荧光探针的开关,构建了对F-,碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, ALP)和P2O74-具有选择性响应的比率型荧光探针。同时本文以2-苯基苯并咪唑为母体,在苯并咪唑的对位引入醛基,生成2-(4-醛基苯基)苯并咪唑。该化合物结构中含有供电子基团苯并咪唑基和强吸电子基团醛基,受紫外光激发,可有效发生分子内电荷转移机理(intramolecular charge transfer, ICT),因此,2-(4-醛基苯基)苯并咪唑发射双重荧光峰。如果我们利用此化合物结构中的醛基与HSO3-反应,则分子的吸电性能力降低,导致ICT过程不能有效地发生,从而使体系的荧光特性发生变化。因此,我们以2-(4-醛基苯基)苯并咪唑实现了对HSO3-的比率型响应。本论文包括以下五部分内容：第一章绪论。主要介绍了比率型荧光探针的设计机理,在此基础上提出本论文的设想。第二章基于ESIPT机理测定F-的比率型荧光探针。本章通过HPBI分子结构中羟基的保护／去保护反应,设计合成了一种测定F-的比率型荧光探针1。化合物1由于不能发生ESIPT过程,仅仅在360 nm处发射单一荧光峰。在DMF水溶液中加入F-,化合物1结构中的TBS官能团被F-选择性的切割,从而恢复了母体荧光分子HPBI的ESIPT过程,导致反应体系在360 nm处的荧光发射减弱,同时454 nm处的荧光发射增强。利用反应前后体系在360 nm与454 nm处的荧光强度的比值变化(I454／I360)可对F-的含量进行定量。第三章荧光比率法测定ALP的性质研究。本章通过三氯氧磷与HPBI分子中的羟基反应,然后水解,生成荧光探针分子2。化合物2由于阻断了ESIPT过程的正常进行,于363 nm处发射单一荧光峰。在2的溶液中加入ALP,ALP可选择性地使2分子中的磷酸基团水解,恢复了原来的母体荧光分子结构HPBI,从而使体系的ESIPT过程有效发生,导致体系在430 nm处出现了一个新的荧光发射峰。随着ALP浓度的增加,反应体系在430nm处的荧光发射强度逐渐增强,同时363 nm的荧光发射逐渐减弱。利用反应前后体系的荧光强度比值I430／I363可对ALP进行定量分析。该方法测定ALP的线性上限至0.050 UmL-1,检出限为0.0013 U mL-1。第四章同步荧光法测定焦磷酸根的性质研究。本章以HPBI为母体,将其与Zn2+络合,反应生成金属配合物(化合物3)。由于HPBI分子中羟基上的氢被束缚住,因此化合物3不能有效发生ESIPT过程,其荧光发射波长为418 nm。当向体系中加入P2O74-后,P2O74-中的磷酸基可有效地与HPBI竞争Zn2+离子,从而使3离解,恢复了HPBI分子本身的ESIPT过程。然而化合物3和反应产物HPBI的最大发射波长(454 nm)相差较近,二者的荧光发射光谱容易重叠,因此实验考虑采用同步荧光法。HPBI在364 nm处存在另一荧光发射峰,其斯托克斯位移Δλ与3的发射峰的从很相近,实验中采用同步荧光法并且选用Δλ为40 nm,可以将HPBI在364 nm处的荧光发射峰和化合物3的荧光发射峰很好地区分开来。在3的溶液中加入P2O74-后,反应体系在364 nm处的荧光发射增强,同时在418 nm处的荧光发射减弱。基于此原理,本章建立了一种测定P2O74-的同步荧光比率法。第五章一种表征HSO3-的比率型荧光探针的合成及性质研究。本章设计合成了一种测定HSO3-的新型比率型荧光探针4。化合物4由于存在分子内电荷转移过程,分别于368 nm和498 nm发射荧光峰。当在化合物4中加入HSO3-后,4中的醛基与HSO3-发生亲核加成反应,从而阻断ICT过程的正常进行,使4在368 nm处的荧光发射增强,同时498 nm处的荧光强度减弱,并且这两个荧光峰的强度比值(I368／I498)与HSO3-浓度在2×10-6-2.0×10-4mol L-1范围内呈线性关系。该探针对HSO3-响应速度快,选择性好。