Nghiên cứu lý thuyết phổ kích thích và phổ huỳnh quang

3.2. Thiết kế, tổng hợp, đặc trưng và ứng dựng của sensor huỳnh quang AMC

3.2.3. Nghiên cứu lý thuyết về đặc tính và ứng dụng của sensor AMC

3.2.3.2. Nghiên cứu lý thuyết phổ kích thích và phổ huỳnh quang

Năng lượng kích thích, cường độ dao động, các MO có liên quan đến quá trình kích thích chính và các MO biên của AMC, AMC-Cys, AMC-Hcy và AMC- GSH đã được xác định bằng phương pháp TD-DFT ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ. Kết quả được tóm tắt từ Bảng 3.14 đến Bảng 3.17 và từ Hình 3.44 đến Hình 3.47.

Từ số liệu ở Bảng 3.14 cho thấy, trong sensor AMC, bước chuyển electron singlet từ trạng thái cơ bản S0 lên trạng thái kích thích S1 là bước chuyển chính, với cường độ dao động (f) lớn nhất là 0,5348, tại bước sóng 320,9 nm. Bước chuyển trạng thái S0→S1 chủ yếu là do sự đóng góp của bước chuyển electron từ HOMO→LUMO, với tỷ lệ đóng góp lên đến 96,21%. Bên cạnh đó, kết quả trình bày ở Hình 3.44 cho thấy, sự xen phủ giữa HOMO và LUMO là rất lớn, điều này cho thấy việc chuyển electron từ HOMO sang LUMO là thuận lợi. Bước chuyển

115

trạng thái từ S0→S3 có cường độ dao động (f) nhỏ hơn (0,1155), với tỷ lệ đóng góp của bước chuyển electron từ HOMO→LUMO+1 là 87,62%, song giữa HOMO và LUMO+1 không có sự xen phủ, điều này cho thấy việc chuyển electron từ HOMO lên LUMO+1 là bị cấm. Các bước chuyển trạng thái khác đều có cường độ dao động (f) nhỏ không đáng kể.

Trong khi đó, với AMC-Cys, AMC-Hcy, và AMC-GSH, số liệu tính toán ở Bảng 3.15, 3.16 và 3.17 cho thấy, bước chuyển electron singlet từ trạng thái cơ bản S0 lên trạng thái kích thích S2 là bước chuyển chính, với cường độ dao động (f) lần lượt là 0,3723; 0,3694 và 0,3801 (lớn hơn rất nhiều so với các bước chuyển khác), tại các bước sóng tương ứng là 300,6 nm; 300,4 nm và 300,7 nm. Trong các bước chuyển trạng thái này, bước chuyển electron từ HOMO-1→LUMO là bước chuyển chính, với tỷ lệ đóng góp tương ứng là 89,17%; 89,05% và 89,24%. Mặt khác, kết quả trình bày ở Hình 3.45, 3.46 và 3.47 cho thấy, sự xen phủ giữa HOMO-1 và LUMO là rất lớn, nên việc chuyển electron từ HOMO-1 lên LUMO là thuận lợi.

Bước chuyển trạng thái từ S0→S3 trong AMC-Cys, AMC-Hcy, và AMC-GSH, tuy có cường độ dao động (f) khá lớn, từ 0,1405 đến 0,1421, nhưng do không có sự xen phủ giữa HOMO-3 và LUMO (đối với AMC-Cys, AMC-Hcy), hay giữa HOMO-4 và LUMO (đối với AMC-GSH) - là các MO đóng góp chính trong bước chuyển trạng thái - nên việc chuyển electron giữa các MO trên là bị cấm. Các bước chuyển trạng thái khác đều có cường độ dao động (f) nhỏ không đáng kể.

Kết quả phân tích các MO biên (từ Hình 3.44 đến Hình 3.47) cũng cho thấy, không có sự xen phủ giữa HOMO và HOMO-1, dẫn đến việc chuyển electron từ HOMO sang HOMO-1 là bị cấm. Do đó, trong AMC, AMC-Cys, AMC-Hcy và AMC-GSH không xảy ra quá trình PET từ HOMO đến HOMO-1. Kết quả, các chất AMC, AMC-Cys, AMC-Hcy và AMC-GSH đều phát huỳnh quang như trình bày ở thực nghiệm.

116

Bảng 3.14. Năng lượng kích thích, cường độ dao động và các MO có liên quan đến quá trình kích thích chính của AMC ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ Bước

chuyển

Năng lượng E(eV)

Bước sóng

(nm)

Cường độ dao động

f

Đóng góp các MO trong các bước chuyển Bước chuyển giữa

các MO

Tỷ lệ đóng góp (%) S0S1 3,86 320,9 0,5348 HOMOLUMO 96,21 S0→S2 4,22 293,7 0,0519 HOMO-1→LUMO 83,81

HOMO→LUMO+1 7,86

HOMO→LUMO+2 5,08

S0→S3 4,41 281,5 0,1155 HOMO-1→LUMO 6,97

HOMO→LUMO+1 87,62

S0→S4 4,42 280,2 0,0001 HOMO-4→LUMO 48,92

HOMO-4→LUMO+1 23,50

HOMO-2→LUMO 25,64

S0→S5 4,50 275,4 0,0000 HOMO-4→LUMO 21,23

HOMO-2→LUMO 46,85

HOMO-2→LUMO+1 27,61

HOMO-2→LUMO+3 2,62

S0→S6 4,71 263,0 0,0361 HOMO-1→LUMO+1 97,21

Bảng 3.15. Năng lượng kích thích, cường độ dao động và các MO có liên quan đến quá trình kích thích chính của AMC-Cys ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

Bước chuyển

Năng lượng E(eV)

Bước sóng

(nm)

Cường độ dao động

f

Đóng góp các MO trong các bước chuyển Bước chuyển giữa

các MO

Tỷ lệ đóng góp (%) S0S1 3,83 323,8 0,0003 HOMOLUMO 99,55 S0→S2 4,12 300,6 0,3723 HOMO-3→LUMO 6,15

HOMO-1→LUMO 89,17

117 Bước

chuyển

Năng lượng E(eV)

Bước sóng

(nm)

Cường độ dao động

f

Đóng góp các MO trong các bước chuyển Bước chuyển giữa

các MO

Tỷ lệ đóng góp (%) S0→S3 4,43 280,0 0,1405 HOMO-3→LUMO 83,12

HOMO-1→LUMO 6,42

HOMO-1→LUMO+1 2,50

HOMO-1→LUMO+2 2,70

S0→S4 4,52 274,5 0,0004 HOMO-4→LUMO 93,00

HOMO-4→LUMO+1 2,42

HOMO-4→LUMO+4 2,86

S0→S5 4,75 261,1 0,0000 HOMO-2→LUMO 99,26 S0→S6 4,79 258,8 0,0081 HOMO→LUMO+1 91,65

HOMO→LUMO+2 5,77

Bảng 3.16. Năng lượng kích thích, cường độ dao động và các MO có liên quan đến quá trình kích thích chính của AMC-Hcy ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

Bước chuyển

Năng lượng E(eV)

Bước sóng

(nm)

Cường độ dao động

f

Đóng góp các MO trong các bước chuyển Bước chuyển giữa

các MO

Tỷ lệ đóng góp (%) S0S1 3,78 328,4 0,0000 HOMOLUMO 99,59 S0→S2 4,13 300,4 0,3694 HOMO-3→LUMO 6,27

HOMO-1→LUMO 89,05

S0→S3 4,43 279,8 0,1421 HOMO-3→LUMO 83,55

HOMO-1→LUMO 6,53

HOMO-1→LUMO+1 2,49

HOMO-1→LUMO+2 5,13

S0→S4 4,52 274,4 0,0005 HOMO-4→LUMO 93,01

HOMO-4→LUMO+1 2,29

HOMO-4→LUMO+3 2,85

S0→S5 4,63 267,9 0,0000 HOMO-2→LUMO 99,91

118 Bước

chuyển

Năng lượng E(eV)

Bước sóng

(nm)

Cường độ dao động

f

Đóng góp các MO trong các bước chuyển Bước chuyển giữa

các MO

Tỷ lệ đóng góp (%) S0→S6 4,75 261,1 0,0068 HOMO→LUMO+1 90,45

HOMO→LUMO+2 7,00

Bảng 3.17. Năng lượng kích thích, cường độ dao động và các MO có liên quan đến quá trình kích thích chính của AMC-GSH ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

Bước chuyển

Năng lượng E(eV)

Bước sóng

(nm)

Cường độ dao động

f

Đóng góp các MO trong các bước chuyển Bước chuyển giữa

các MO

Tỷ lệ đóng góp (%)

S0S1 3,96 313,2 0,0017 HOMOLUMO 99,28 S0→S2 4,12 300,7 0,3801 HOMO-4→LUMO 6,10

HOMO-1→LUMO 89,24

S0→S3 4,43 280,0 0,1412 HOMO-4→LUMO 83,40

HOMO-1→LUMO 6,35

HOMO-1→LUMO+1 2,44

HOMO-1→LUMO+2 5,31

S0→S4 4,52 274,5 0,0006 HOMO-8→LUMO 22,74

HOMO-7→LUMO 68,69

HOMO-7→LUMO+5 2,10

S0→S5 4,53 273,7 0,0000 HOMO-2→LUMO 98,21 S0→S6 4,76 260,4 0,0000 HOMO-3→LUMO 99,95

119

LUMO+3 (-3,70 eV) LUMO+2(-4,23 eV)

LUMO+1(-5,40 eV) LUMO(-5,78 eV)

HOMO(-8,87 eV) HOMO-1(-9,38 eV)

HOMO-2(-10,20 eV) HOMO-3(-10,32 eV)

Hình 3.44. Các MO biên của AMC ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

120

LUMO+3 (-3,55 eV) LUMO+2(-3,90 eV)

LUMO+1(-4,26 eV) LUMO(-5,58 eV)

HOMO(-6,61 eV) HOMO-1(-8,92 eV)

HOMO-2(-9,40 eV) HOMO-3(-9,43 eV)

Hình 3.45. Các MO biên của AMC-Cys ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

121

LUMO+3 (-3,55 eV) LUMO+2(-3,90 eV)

LUMO+1(-4,26 eV) LUMO(-5,58 eV)

HOMO(-6,70 eV) HOMO-1(-8,93 eV)

HOMO-2(-9,36 eV) HOMO-3(-9,43 eV)

Hình 3.46. Các MO biên của AMC-Hcy ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

122

LUMO+3 (-3,91 eV) LUMO+2(-3,96 eV)

LUMO+1(-4,26 eV) LUMO(-5,58 eV)

HOMO(-6,77 eV) HOMO-1(-8,92 eV)

HOMO-2(-9,12 eV) HOMO-3(-9,43 eV)

Hình 3.47. Các MO biên của AMC-GSH ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ

123 b. Nghiên cứu lý thuyết phổ huỳnh quang

Năng lượng, cường độ dao động, các MO có liên quan đến quá trình giải phóng năng lượng kích thích, giản đồ năng lượng các quá trình kích thích và giải phóng năng lượng kích thích và các đặc tính chuyển đổi chính của AMC, AMC- Cys, AMC-Hcy và AMC-GSH đã được xác định bằng phương pháp TD-DFT ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ và tóm tắt ở Bảng 3.18 và Hình 3.48 và 3.49.

Bảng 3.18. Năng lượng, cường độ dao động và các MO có liên quan đến quá trình giải phóng năng lượng kích thích chủ yếu của AMC, AMC-Cys, AMC-Hcy, AMC-

GSH ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ Bước

chuyển

Năng lượng E(eV)

Bước sóng

(nm)

Cường độ dao động

f

Đóng góp các MO trong các bước chuyển Bước chuyển giữa

các MO

Tỷ lệ đóng góp

(%) S1củaACM S1S0 1,89 654,6 0,0006 LUMOHOMO 98,65

S2S0 3,06 405,6 0,0041 LUMO→HOMO-1 99,13 S2 của ACM S1S0 2,64 469,5 0,0137 LUMOHOMO 96,05 S2S0 2,97 417,4 0,0152 LUMO→HOMO-1 96,77 S1 của ACM-Cys S1S0 3,21 386,3 0,0001 LUMOHOMO 99,92 S2S0 3,82 324,5 0,3171 LUMO→HOMO-1 85,92 S2 của ACM-Cys S1S0 3,49 355,2 0,0018 LUMOHOMO 99,40 S2S0 3,64 340,3 0,5122 LUMO→HOMO-1 94,74 S1 của ACM-Hcy S1S0 3,22 384,8 0,0000 LUMOHOMO 99,80 S2S0 3,80 326,7 0,3777 LUMO→HOMO-1 88,27 S2 của ACM-Hcy S1S0 3,45 359,3 0,0017 LUMOHOMO 99,39 S2S0 3,64 340,7 0,5167 LUMO→HOMO-1 94,87 S1 của

ACM-GSH S1S0 1,95 637,0 0,0002 LUMOHOMO 99,90 S2S0 3,49 355,4 0,0029 LUMO+1→HOMO 42,49 LUMO+2→HOMO 50,14 S2 của

ACM-GSH S1S0 1,99 623,5 0,0003 LUMOHOMO 99,72 S2S0 3,37 368,3 0,0021 LUMO+1→HOMO 94,73 S3S0 3,59 345,0 0,0097 LUMO+2→HOMO 50,00

124 Bước

chuyển

Năng lượng E(eV)

Bước sóng

(nm)

Cường độ dao động

f

Đóng góp các MO trong các bước chuyển Bước chuyển giữa

các MO

Tỷ lệ đóng góp

(%) LUMO+5→HOMO 30,51 S4S0 3,77 328,7 0,4469 LUMO→HOMO-1 84,65

Hình 3.48. Giản đồ năng lượng các quá trình kích thích và giải phóng năng lượng kích thích tại hình học bền ở trạng thái cơ bản (RGS) và trạng thái kích thích

electron (REES1, REES2,...) ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ:

(a) AMC; (b) AMC-Cys; (c) AMC-Hcy; (d) AMC-GSH

(c) (d)

(a) (b)

Năng lượng Năng lượng

Dạng hình học Dạng hình học

Dạng hình học Dạng hình học

Năng lượng Năng lượng

125

Hình 3.49. Các đặc tính chuyển đổi chính (năng lượng (E), bước sóng (λ), cường độ dao động (f), và các MO biên) của quá trình kích thích và giải phóng

năng lượng kích thích tại hình học bền ở trạng thái cơ bản (RGS) và trạng thái kích thích electron (REES1, REES2,...) ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ:

(a) AMC; (b) AMC-Cys; (c) AMC-Hcy; (d) AMC-GSH

PET

126

Từ kết quả tính toán ở Bảng 3.14 đến 3.17, kết hợp với các kết quả tính toán ở Bảng 3.18, Hình 3.48 và Hình 3.49 cho thấy:

Đối với sensor AMC, tại cấu hình REES1, các quá trình chuyển electron từ S1

về S0 (quá trình (5) ở Hình 3.48a) và S2 về S0 (quá trình (6) ở Hình 3.48a) đều có cường độ dao động (f) là rất nhỏ, thêm vào đó, không có sự xen phủ giữa các MO trong bước chuyển này. Do đó, các quá trình chuyển electron từ S1 và S2 về S0tại cấu hình REES1 của AMC là bị cấm. Tại cấu hình REES2, các quá trình chuyển electron từ S1 về S0 (quá trình (3) ở Hình 3.48a) và S2 về S0 (quá trình (4) ở Hình 3.48a) có cường độ dao động (f) lớn hơn, tương ứng là 0,0137 và 0,0152, thêm vào đó, có sự xen phủ giữa các MO trong bước chuyển này. Do đó, các quá trình chuyển electron từ S1 và S2 về S0tại cấu hình REES2 của AMC là xảy ra. Năng lượng phát huỳnh quang tính toán tương ứng là 2,64 eV và 2,97 eV; với bước sóng huỳnh quang tương ứng là 469,5 nm và 417,4 nm. Thêm vào đó, do cường độ dao động (f) của cả hai quá trình (3) và (4) ở trên là lớn không đáng kể (0,0137 và 0,0152), điều này dẫn đến cường độ huỳnh quang của AMC là nhỏ như quan sát được trong thực nghiệm. Ngoài ra, do quá trình kích thích từ S0→S1 (quá trình (1) ở Hình 3.48a) có cường độ dao động lớn hơn nhiều so với quá trình kích thích từ S0→S2 (quá trình (2) ở Hình 3.48a), nên quá trình chuyển electron từ S1 về S0 (quá trình (3) ở Hình 3.48a) sẽ chiếm ưu thế hơn từ S2 về S0 (quá trình (4) ở Hình 3.48a). Điều này có thể là nguyên nhân dẫn đến cường độ huỳnh quang ở bước sóng dài (469,5 nm) mạnh hơn cường độ huỳnh quang ở bước sóng ngắn (417,4 nm) như quan sát trong thực nghiệm.

Đối với AMC-Cys, các quá trình chuyển electron từ S1 về S0 tại cấu hình REES1 (quá trình (5) ở Hình 3.48b) và cấu hình REES2 (quá trình (3) ở Hình 3.48b) đều có cường độ dao động (f) là rất nhỏ, thêm vào đó, không có sự xen phủ giữa các MO trong bước chuyển này. Do đó, các quá trình chuyển electron từ S1 về S0của AMC-Cys tại cấu hình REES1 và cấu hình REES2 là bị cấm. Trong khi đó, các quá trình chuyển electron từ S2 về S0 tại cấu hình REES1 (quá trình (6) ở Hình 3.48b) và cấu hình REES2 (quá trình (4) ở Hình 3.48b) có cường độ dao động (f) là rất lớn, tương ứng là 0,3171 và 0,5122; thêm vào đó, có sự xen phủ giữa các MO trong bước chuyển này. Do đó, các quá trình chuyển electron từ S2 về S0tại cấu hình

127

REES1 và cấu hình REES2 của AMC-Cys là xảy ra. Năng lượng phát huỳnh quang tính toán tương ứng là 3,82 eV và 3,64 eV; với bước sóng huỳnh quang tương ứng là 324,5 nm và 340,3 nm. Thêm vào đó, do cường độ dao động (f) của cả hai quá trình này là rất lớn, trong đó cường độ dao động (f) ở bước sóng 340,3 nm là 0,5122, lớn hơn ở bước sóng 324,5 nm là 0,3171; điều này dẫn đến cường độ huỳnh quang của AMC-Cys quan sát được trong thực nghiệm là rất mạnh, và ở bước sóng dài 340,3 nm là mạnh hơn nhiều so với ở bước sóng ngắn 324,5 nm. Ngoài ra, do quá trình chuyển electron từ S2 về S1 (quá trình (6) ở Hình 3.48b) tại cấu hình REES1, với cấu hình S2 tương ứng không phải là cấu hình có năng lượng cực tiểu, nên quá trình (6) ở Hình 3.48b ít chiếm ưu thế hơn so với quá trình (4) ở Hình 3.48b. Đó có thể là một nguyên nhân khác dẫn đến cường độ huỳnh quang ở bước sóng dài (340,3) nm mạnh hơn rất nhiều so với ở bước sóng ngắn (324,5 nm) như quan sát trong phần thực nghiệm.

Sự sai khác về bước sóng phát huỳnh quang tính toán (324,5 nm và 340,3 nm) so với bước sóng phát huỳnh quang thực nghiệm (375 nm và 450 nm) của AMC-Cys có thể là do các tính toán được thực hiện trong ethanol, trong khi thực nghiệm tiến hành trong dung dịch C2H5OH/HEPES, pH =7,4, 1/4, v/v. Đặc biệt với cấu trúc các trạng thái S0, S1 và S2 của AMC-Cys có sự quay xoắn góc giữa tiểu phần acryloyl và tiểu phần coumarine, thì dung môi đóng vai trò rất lớn đến độ ổn định của cấu trúc [146]. Đó có thể là lý do dẫn đến có sự khác biệt giữa bước sóng phát huỳnh quang tính toán so với bước sóng phát huỳnh quang thực nghiệm. Điều này cũng giải thích tương tự cho các chất AMC-Hcy, AMC-GSH.

Tương tự AMC-Cys, đối với AMC-Hcy, các quá trình chuyển electron từ S1

về S0 tại cấu hình REES1 (quá trình (5) ở Hình 3.48c) và cấu hình REES2 (quá trình (3) ở Hình 3.48c) cũng có cường độ dao động (f) là rất nhỏ, thêm vào đó, không có sự xen phủ giữa các MO trong bước chuyển này. Do đó, các quá trình chuyển electron từ S1 về S0của AMC-Hcy tại cấu hình REES1 và cấu hình REES2 cũng bị cấm. Trong khi đó, các quá trình chuyển electron từ S2 về S0 tại cấu hình REES1 (quá trình (6) ở Hình 3.48c) và cấu hình REES2 (quá trình (4) ở Hình 3.48c) có cường độ dao động (f) là rất lớn, tương ứng là 0,3777 và 0,5167; thêm vào đó, có sự xen phủ giữa các MO trong bước chuyển này. Do đó, các quá trình chuyển electron từ S2 về S0tại cấu

128

hình REES1 và cấu hình REES2 của AMC-Hcy là xảy ra. Năng lượng phát huỳnh quang tính toán tương ứng là 3,80 eV và 3,64 eV; với bước sóng huỳnh quang tương ứng là 326,7 nm và 340,7 nm. Thêm vào đó, do cường độ dao động (f) của cả hai quá trình này là rất lớn, trong đó cường độ dao động (f) ở bước sóng 340,7 nm là 0,5167, lớn hơn ở bước sóng 326,7 nm là 0,3777; điều này dẫn đến cường độ huỳnh quang của AMC-Hcy quan sát được trong thực nghiệm là rất mạnh, và ở bước sóng dài 340,7 nm là mạnh hơn nhiều so với ở bước sóng ngắn 326,7 nm. Ngoài ra, do quá trình chuyển electron từ S2 về S1 (quá trình (6) ở Hình 3.48c) tại cấu hình REES1, với cấu hình S2 tương ứng không phải là cấu hình có năng lượng cực tiểu, nên quá trình (6) ở Hình 3.48c ít chiếm ưu thế hơn so với quá trình (4) ở Hình 3.48c. Đó có thể là một nguyên nhân khác dẫn đến cường độ huỳnh quang ở bước sóng dài (340,7) nm mạnh hơn rất nhiều so với ở bước sóng ngắn (326,7 nm) như quan sát trong thực nghiệm.

Đối với AMC-GSH, các quá trình chuyển electron từ S1 về S0 tại cấu hình REES1 (quá trình (5) ở Hình 3.48d) và cấu hình REES2 (quá trình (3) ở Hình 3.48d), cũng như các quá trình chuyển electron từ S2 về S0 tại cấu hình REES1 (quá trình (6) ở Hình 3.48d) và cấu hình REES2 (quá trình (4) ở Hình 3.48d) đều có cường độ dao động (f) là rất nhỏ. Quá trình phát xạ huỳnh quang không xảy ra từ trạng thái kích thích S1 và S2, mà xảy ra từ trạng thái kích thích S4.

Như đã trình bày, kết quả nghiên cứu về hình học tối ưu các trạng thái kích thích của AMC, AMC-Cys, AMC-Hcy và AMC-GSH cho thấy, đối với sensor AMC, có sự xoắn góc mạnh giữa tiểu phần coumarin và tiểu phần acryloxy tại cấu hình REES1 và REES2, điều này dẫn đến sự phá vỡ hệ thống electron π liên hợp giữa hai tiểu phần, kéo theo đó là mật độ electron giữa tiểu phần coumarin và tiểu phần acryloxy bị phân tách mạnh. Kết quả là có sự xen phủ rất ít giữa các MO trong các bước chuyển đổi electron ở trạng thái kích thích của sensor AMC. Ngược lại, tại REES2 của AMC-Cys, AMC-Hcy và AMC-GSH, tiểu phần coumarin và tiểu phần acryloxy nằm trong cùng một mặt phẳng. Đây là một yếu tố thuận lợi cho sự xen phủ giữa các MO trong các bước chuyển đổi trạng thái. Như vậy, việc nghiên cứu về hình học tối ưu các trạng thái kích thích của AMC, AMC-Cys, AMC-Hcy và

129

AMC-GSH đã cung cấp minh chứng, qua đó làm sáng tỏ thêm về có sự xen phủ hoặc không có sự xen phủ giữa các MO trong quá trình chuyển đổi trạng thái và kết quả này phù hợp với kết quả phân tích phổ huỳnh quang như đã phân tích trên.

Những phân tích ở trên cho thấy, sự phát huỳnh quang của sensor AMC và các sản phẩm cộng của nó với các biothiol không bắt nguồn từ trạng thái S1. Đây là một trường hợp ngoại lệ của quy tắc của Kasha [113]. Theo quy tắc Kasha, sự phát quang photon (huỳnh quang hoặc lân quang) xảy ra chỉ từ trạng thái kích thích có năng lượng thấp nhất (S1) trong một số lượng nhất định các trạng thái kích thích. Ba trường hợp ngoại lệ của quy tắc của Kasha đã được dự đoán gồm:

Thứ nhất, khi khoảng cách năng lượng giữa trạng thái kích thích điện tử singlet ở mức cao (Sn, n> 1) và trạng thái kích thích điện tử S1 là lớn, cường độ dao động của quá trình chuyển đổi S0→Sn lớn, quá trình chuyển đổi nội bộ từ Sn→S0 là tương đối chậm, dẫn đến huỳnh quang xảy ra từ trạng thái kích thích Sn cạnh tranh với quá trình chuyển đổi nội bộ Sn→S0 (không phát huỳnh quang).

Thứ hai, khi khoảng cách năng lượng giữa trạng thái kích thích Sn và S1 là nhỏ, cường độ dao động của chuyển đổi S0→S1 nhỏ, nhưng cường độ dao động của quá trình chuyển đổi S0→Sn lớn, các yếu tố này dẫn đến thời gian sống của trạng thái S1 kéo dài và huỳnh quang sẽ xảy ra từ Sn.

Thứ ba, huỳnh quang yếu có thể xảy ra từ Sn bởi các yếu tố chủ quan, khi các

“nguồn sáng bẩn” chưa được loại bỏ cẩn thận (nguồn sáng bẩn là nguồn sáng khả kiến hoặc hồng ngoại), tạo huỳnh quang nền không mong muốn và giảm độ nhạy.

Ví dụ như sử dụng quá trình phân hủy triplet-triplet thay vì kích thích trực tiếp để quan sát sự huỳnh quang bị trì hoãn từ một số hydrocarbon thơm [111].

Như vậy, kết quả tính toán lý thuyết đã chứng minh được AMC và AMC- thiol đều phát huỳnh quang; lý thuyết đã làm sáng tỏ AMC phát huỳnh quang yếu ở hai bước sóng, AMC-thiol phát huỳnh quang tại hai bước sóng, trong đó cường độ huỳnh quang ở bước sóng dài mạnh hơn bước sóng ngắn; tính toán lý thuyết cũng giải thích được sự phát xạ huỳnh quang của AMC, AMC-thiol đều xuất phát từ trạng thái kích thích electron mức cao.