本发明涉及螯合剂技术领域，具体而言，涉及双功能大环螯合物、偶联物、金属络合物及其应用。双功能大环螯合物为下述式I所示化合物或其同分异构体，其中，R1、R3、R5和R7分别独立地选自烷基或长链聚合物基团，R2、R4、R6和R8分别独立地选自功能基团，Ra、Rb、Rc和Rd分别独立地选自H、取代或未取代烷基、卤素、取代或未取代氰基、取代或未取代酯基、取代或未取代烷氧基、取代或未取代胺基以及取代或未取代芳基中的任意一种，环为或双功能大环螯合物可以螯合绝大多数的核素，扩大了双功能大环螯合物的应用，且螯合不同核素后的金属络合物能够实现治疗诊断一体化。