石墨烯量子点(GQDs)作为一种新型的碳纳米荧光材料，既具有优良的光学性能，又有较好的稳定性、生物相容性、低毒性等优势，拓展了其在荧光传感和生物成像中进一步应用。然而单纯的石墨烯量子点由于量子尺寸效应及表面态的影响，存在量子产率低、活性位点少、选择性差等缺陷。研究表明，杂原子掺杂能够有效改善GQDs的上述缺陷，从而改善和优化其在光学传感中的应用。本论文采取自下而上的合成策略，以柠檬酸为碳源，不同的含氮化合物为掺杂剂，合成了氮硫共掺杂的GQDs和两种不同的氮掺杂GQDs。基于金属离子与GQDs之间的特异性识别效应，分别构建了Hg2+、Cr(VI)和Fe3+的荧光传感分析新方法。基于GQDs良好的生物相容性和细胞穿透性，实现了三种检测对象的细胞成像分析，所获结果对GQDs的合成及在荧光传感和细胞成像中的应用提供了方法学的参考和依据。具体内容如下：　　(1)氮硫共掺杂石墨烯量子点的合成及其在汞离子荧光传感和细胞成像中应用　　采用热裂解法，以柠檬酸为碳源，D-青霉胺为掺杂剂，合成了氮硫共掺杂石墨烯量子点(N,S/GQDs)。通过TEM、AFM、XPS、IR、UV-vis及FL对其进行了表征。结果表明，所合成的GQDs具有较好的水溶性，量子产率高达56.4%，在盐溶液、pH及光照下稳定性良好。基于N,S/GQDs残基与Hg2+之间特异性配位作用，Hg2+在0.9-30.0 nM范围内能够呈线性地猝灭N,S/GQDs的荧光，从而构建了检测Hg2+荧光传感分析新方法。MTT法显示，即使在400 μg/mL N,S/GQDs的高浓度溶液中孵育2.0 h，HeLa细胞依然能够保持较好的生物活性和细胞形态，表明了N,S/GQDs优异的生物相容性和较低的细胞毒性。N,S/GQDs能够穿透 HeLa 细胞膜，在细胞内部呈现明亮的蓝色荧光，从而实现了细胞内的荧光成像以及细胞内Hg2+成像分析。　　(2)氮掺杂石墨烯量子点的合成及其在铬离子荧光传感和细胞成像中的应用　　采用微波辅助水热法，以柠檬酸为碳源，D-天冬酰胺氮源，成功制备了氮掺石墨烯量子点(N/GQDs)。通过相应的表征手段对其进行了分析。结果表明，所合成的N/GQDs具有较好的水溶性，量子产率为22.3%。在高盐，不同范围pH及光照下均表现出较好的稳定性。Cr(VI)的紫外吸收光谱与N/GQDs的激发光谱在300-400 nm范围内有较大程度的重叠，基于内滤光效应，Cr(VI)能够有效地猝灭N/GQDs的内在荧光，从而建立了Cr(VI)的荧光传感分析新方法。在优化的条件下，N/GQDs可在0.03-24.0 μM范围内对Cr(VI)呈线性关系，检测限低至10.0 nM。MTT法表明N/GQDs具有优异的生物相容性和低细胞毒性，N/GQDs在细胞内呈现明亮的蓝色荧光，实现了细胞内Cr(VI)荧光成像分析。　　(3)绿色荧光氮掺杂石墨烯量子点的合成及其在铁离子荧光传感和细胞成像中应用　　采用微波辅助水热法，首次以柠檬酸为碳源，盐酸氨基脲为氮源，通过简单的微波水热反应，成功合成了发绿色荧光的N/GQDs。并对所制备的N/GQDs进行了表征，结果表明N/GQDs具有较小的尺寸、水溶性良好。所合成的N/GQDs量子产率为9.81%，并且在盐溶液、宽pH范围、强光照都具有较好的稳定性。基于Fe3+与N/GQDs边缘含氧基团之间的配位作用，构建了Fe3+的荧光传感分析新方法，线性范围为0.02-12.0 μM，检测限为6.7 nM。将N/GQDs与HeLa细胞共同孵育，细胞内部呈现明亮的绿色荧光。MTT法表明N/GQDs具有优异的生物相容性和较低的细胞毒性，从而进一步实现细胞内Fe3+的传感与成像。