目前的各种检测手段中荧光探针以设计简单、合成方便、成本低等优点受到了广泛的关注,并且荧光探针成像具有能够实时原位可视化检测、对检测样品损伤小、重现性良好的优点,被广泛地应用于临床诊断、药理学、病理学、生物化学等领域当中。但是大多数的荧光探针是一种单一信号荧光探针。虽然能够快速检测但是同时会受到光源强度、温度、仪器灵敏度、探针浓度以及环境条件的影响,从而降低了检测的准确性。比率型荧光探针通过两个或者多个信号强度比值的变化来表现出其独特的特征。荧光比值不受光源强度、仪器灵敏度、探针浓度以及环境条件的影响,从而显著地提高了检测的准确性。目前用于设计合成比率型荧光探针的荧光团比较少有罗丹明、香豆素、BODIPY、1,8-萘酰亚胺等。在前期,本课题组设计合成了一种新的荧光团,该荧光团有着良好的生物活性和光学性质,有着较高的荧光效率,能够与供体有着较好的能量传递效率。为了深入研究中氮茚类化合物的光学性质,课题组合成了以中氮茚为荧光团的比率型荧光探针。通过一系列的表征手段验证结构后对其进行了光学性质研究。具体内容如下:第一章总结了有关小分子荧光探针的研究进展以及现状,中氮茚的研究现状。第二章设计并合成了一种新型的基于荧光共振能量转移（FRET）机理的比率荧光探针RX-1。该探针的能量传递效率是87.3%。该探针对Cu2+的检测限低至9.1 n M,有着非常好的选择性和抗干扰能力。此外,它还可以应用于活体细胞中成像。第三章设计并合成了一种新型的基于荧光共振能量转移（FRET）机理的比率荧光探针RX-2。该探针对Hg2+的检测限低至8.76 n M,有着非常好的选择性和抗干扰能力。此外,它还可以应用于活体细胞中成像。第四章设计并合成了一种新型的基于荧光共振能量转移（FRET）机理的荧光探针RX-3。该荧光探针在PBS缓冲溶液中对SO32-有独特的荧光选择性、较高的灵敏度、较强的抗干扰能力及较低的检测限（30 n M）,最重要的是,该探针成功地用于胶质瘤细胞内源性亚硫酸氢盐的荧光成像并且成功的定位于线粒体中。