2022年3月爱丁堡仪器携品牌稳态瞬态荧光光谱仪赞助参与在美国加州圣地亚哥举行的ACS春季会议”照亮光物理领域:迈克尔·卡莎101周年纪念”的研讨会。2022年ACS春季研讨会由自佛罗里达州立大学的研究生组织,以纪念这位前佛罗里达州立大学卡莎教授的贡献。
Figure 1. Edinburgh Instruments sponsored #ACSSpring the “Illuminating the Field of Photophysics: 101 Years of Michael Kasha” Symposium.
迈克尔·卡莎是美国著名的分子光谱学家,以他的名字命名的卡莎法则是荧光光谱学的主要原理之一。卡莎在著名化学家G·N·刘易斯的指导下完成了磷光发射理论的博士学位,他们共同发表了第一篇正确识别磷光源自三重态的论文1、2。1950年卡莎发表了一篇关于“复杂分子中电子跃迁的表征”的重要论文3,该论文建立了如何从复杂分子的荧光发射光谱中解释和得出结论,并包含了现在被称为卡莎规则的第一个陈述。
Figure 2: Michael Kasha (1920 – 2013).1
那么卡莎法则到底是什么呢?
在1950年卡莎撰写《卡莎法则》:
Figure 3: Perrin-Jablonski diagram illustrating the origin of Kasha’s Rule.
蒽溶液中的卡莎法则
为了证明卡莎法则,使用FS5荧光光谱仪测量了蒽溶液的吸收光谱和发射光谱,如图4所示。蒽的吸收光谱显示为黑色,在~250 nm处有两个电子吸收带,对应于S0→ S2跃迁,在300 nm到380 nm之间,这是S0→ S1跃迁。为了使显示的谱图更加清晰,将S0→ S1的吸收强度放大十倍。因为S0→ S1的吸收强度比S0→ S2的吸收强度弱很多。
Figure 4: Demonstration of Kasha’s Rule in anthracene. Anthracene was dissolved in cyclohexane to give an OD of 0.1 at 376 nm, and the absorption and fluorescence emission spectra were measured using an FS5 Spectrofluorometer.
瓦维洛夫规则
从图4也可以看出,红色荧光发射光谱的强度与蒽在每个激发波长处的吸光度成线性关系。换句话说,荧光量子产率与激发波长无关,这是著名瓦维洛夫规则。瓦维洛夫规则(或被称之为卡莎-瓦维洛夫规则)以苏联物理学家谢尔盖·伊万诺维奇·瓦维洛夫(1891 - 1951)命名,其定义为:5
参考文献
1. National Academy of Sciences Biographical Memoirs, Michael Kasha
2. N. Lewis and M. Kasha, Phosphorescence and the Triplet State, J. Am. Chem. Soc. 66 12 2100-2116 (1944)
3. Kasha, Characterization of Electronic Transitions in Complex Molecules, Faraday Soc. Discussion 9, 14-19 (1950)
4. C. del Valle and J. Catalán, Kasha’s Rule: A Reappraisal, Phys. Chem. Chem. Phys. 21 10061-10069 (2019)
5. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the “Gold Book”); Compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications (1997)