胆红素（Bilirubin,BR）是哺乳动物体内血红素的代谢产物之一,主要分布在血液和胆汁中。当体内BR含量过高时,多余的BR可能与金属离子发生相互作用,导致多种疾病的发生,例如高胆红素血症、胆结石等。因此,研究BR与金属离子的相互作用,对这些疾病的治疗具有重要意义。同时,BR作为一种线性四吡咯分子,其发光特性也值得研究,金属离子对BR荧光强度的影响有助于生物探针的设计与改进。首先,本文采用紫外可见吸收和稳态荧光光谱技术研究了胆红素与Zn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Ni²⁺、Mg²⁺等金属离子的相互作用。其中,（1）Zn²⁺对BR有荧光增强,且产生了新的荧光发射峰;（2）BR与Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺这三种金属离子有明显的相互作用,使BR的吸收峰发生蓝移,其中Cu²⁺与BR发生相互作用后在红端产生了新的吸收峰,这几种金属离子都使BR的荧光强度有一定程度的减弱;（3）BR与Ni²⁺和Mg²⁺在溶液中合混后光谱形状和强度均无明显改变,说明这两种金属离子几乎不与BR发生相互作用。由于BR在体内通常以与血清白蛋白结合的形式存在,而Cu²⁺是常见的金属毒性物质,本文用紫外可见吸收、稳态荧光光谱、时间相关单光子计数时间分辨荧光和瞬态吸收光谱等技术研究了Cu²⁺对BR-BSA络合物的影响。稳态荧光光谱表明BR-BSA络合物溶液中加入Cu²⁺之后,荧光有所减弱,但与BR相比仍有明显增强;瞬态吸收光谱表明,Cu²⁺和BR-BSA络合物之间可能存在快速的电荷转移。然后,我们研究了胆红素类似物——胆红素二甲酯（Bilirubin dimethyl ester,BRE）与多种金属离子的相互作用。BRE与金属的配位点比BR少,产物的复杂程度降低,有助于光谱分析。（1）采用可见和红外波段飞秒瞬态吸收光谱技术相结合的方法研究了BRE与Cu²⁺配合物的激发态光谱特性,提出并证实了Cu²⁺对BRE的荧光淬灭产生的原因是配体到金属的电荷转移（Ligand-to-metal charge transfer,LMCT）。与BRE本身光谱特性相比,这个电荷转移态为BRE-Cu²⁺配合物增加了一条非辐射退激发通路,使其荧光量子产率减小为BRE的⁵%。通过拟合配合物激发态光谱的动力学曲线得到两个寿命,分别为11 ps和186 ps。其中11 ps为LMCT态的建立过程,186 ps为分子从这个中间态弛豫回基态的时间;（2）研究了Zn²⁺对BRE的荧光增强现象,BRE与Zn²⁺结合产生了荧光团,具备纳秒量级的荧光寿命,Zn²⁺对BRE的固定减少了非辐射跃迁带来的能量损耗,增强了荧光;（3）发现了BRE与Co²⁺、Ni²⁺和Mn²⁺等金属离子之间的一些有趣现象,其机理还有待进一步的研究。