本文以2-氨基噻唑和3-溴丙酮酸乙酯为原料,合成了杂环化合物咪唑并[2,1-b]噻唑-6-羧酸。并以咪唑并[2,1-b]噻唑-6-羧酸为母体,通过引入不同的识别基团,合成了六种咪唑并[2,1-b]噻唑-6-羧酸衍生物,分别为（E）-N’-（2-羟基苯亚甲基）咪唑并[2,1-b]噻唑-6-酰肼（X1）、（E）-N’-（（2-羟基萘-1-yl）亚甲基）咪唑并[2,1-b]噻唑-6-酰肼（X2）、（E）-N’-（2,3-二羟基苯亚甲基）咪唑并[2,1-b]噻唑-6-酰肼（X3）、（E）-N’-（3-乙氧基-2-羟基苯亚甲基）咪唑并[2,1-b]噻唑-6-酰肼（X4）、（E）-N’-（4-（二乙氨基）-2-羟基苯亚甲基）咪唑并[2,1-b]噻唑-6-酰肼（X5）和（E）-N’-（（8-羟基-2,3,6,7-四氢-1H,5H-吡啶基[3,2,1-ij]喹啉-9-yl）亚甲基）咪唑并[2,1-b]噻唑-6-酰肼（X6）。以上六种咪唑并[2,1-b]噻唑-6-羧酸衍生物的结构均通过核磁共振氢谱（¹H NMR）、核磁共振碳谱(¹³C NMR)、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和质谱（MS）等手段进行了分析表征。所有数据结果与化合物结构完全一致。并通过荧光发射光谱和紫外吸收光谱对以上六种咪唑并[2,1-b]噻唑-6-羧酸衍生物的光学性质进行了探究。研究发现,在不同的测试体系下,以上六种化合物均可以被用作荧光探针来完成对特定金属离子的识别,表现出良好的光学性能。其中,在甲醇/水（v/v=9/1,pH=5）的TRIS缓冲溶液中,基于水杨醛的X1能够通过显著的荧光增强来识别Al³⁺,然后荧光络合物X1[Al³⁺]可以通过高效的淬灭行为来检测Cu²⁺,且在测试过程中不会受到其他金属离子的干扰。X1对Al³⁺和Cu²⁺的检测极限分别为3.1×10^-10 M和9.8×10^-11 M。基于2-羟基-1-萘甲醛的X2可以在甲醇/水（v/v=9/1,pH=7.4）的TRIS缓冲溶液中检测Al³⁺并且可以在乙醇/水（v/v=9/1,pH=7.4）的TRIS缓冲溶液中检测Zn²⁺,检测极限分别为1.45×10^-7 M和1.29×10^-8 M。X2的荧光强度在金属离子(Al³⁺和Zn²⁺)和PPi按顺序交替加入六个周期后仍是可逆的,表现出高效的“关-开-关”荧光行为。基于2,3-二羟基苯甲醛的X3在DMF/水（v/v=1/1,pH=7.4）的TRIS缓冲溶液中表现出虚弱的荧光强度。X3可以作为“打开”型荧光探针选择性检测Al³⁺。由此生成的络合物X3[Al³⁺]可以作为一种新的多功能荧光探针,通过荧光强度的进一步增强来识别F^-,通过荧光淬灭来检测PPi。基于3-乙氧基-2-羟基苯甲醛的X4在乙醇/水（v/v=9/1,pH=7.4）的TRIS缓冲溶液中可以通过荧光强度的增强和减弱循环检测Zn²⁺和PPi,检测极限低至10^-99 M。然而X4对Zn²⁺离子的识别受其他金属离子的影响较大,当存在Co²⁺和Cu²⁺时,识别效果较差。基于4-（二乙氨基）-2-羟基苯甲醛的X5可以在DMF/水（v/v=9/1,pH=7.4）的TRIS缓冲溶液中检测In³⁺并且可以在乙醇/水（v/v=9/1,pH=7.4）的TRIS缓冲溶液中检测Zn²⁺,检测极限分别为1.02×10^-9 M和5.5×10^-9 M,表现出良好的选择性和灵敏度。X5对In³⁺和Zn²⁺的识别均可以通过EDTA来实现循环,经过两个周期之后,X5仍保持对金属离子良好的响应,但带有较小的荧光损耗。基于8-羟基-2,3,6,7-四氢-1H,5H-吡啶[3,2,1-ij]喹啉-9-甲醛的X6,既可以在乙腈/水（v/v=9/1,pH=7.4）的TRIS缓冲体系中通过有无荧光信号对Zn²⁺和PPi进行顺序识别,也可以在DMF/水（v/v=9/1,pH=7.4）的TRIS缓冲体系中通过明显的荧光增强检测In³⁺,表现出不一样的荧光性质。六种荧光探针跟金属离子之间的络合比均为1:1,且通过荧光滴定曲线和质谱滴定的方法得以证明。基于6-31G（d）和LANL2DZ等不同计算机组,使用Gaussian 09理论计算软件得到了荧光探针及其与金属离子配合物的最优结构和前线轨道,验证了荧光探针与金属离子的络合形式和传感机制。