Внутренняя и интеркомбинационная конверсия

В 1943 г. А. Н. Теренин выдвинул гипотезу о том, что фосфорес-центное состояние молекул является триплетным. Годом позже Г. Льюис и М. Каша показали, что фосфоресценция органических молекул, наблюдающаяся в твердых матрицах, обусловлена испусканием света из самого нижнего возбужденного состояния этих молекул и имеет мультиплетность, равнук> трем. Еще в 1936 г. А. Яблонский предложил диаграмму энергетических уровней молекул, введя третий метастабильный уровень. Трехуровневая система объясняла существование трех видов люминесценции флуоресценцию, замедленную флуоресценцию и фосфоресценцию. После возбуждения в нижнее возбужденное синглетное состояние молекула может или испустить нормальную флуоресенцию, или вернуться в основное состояние на высокий колебательный уровень путем внутренней конверсии, или претерпеть интеркомбинадионную конверсию, перейдя в триплетное состояние. Попав в триплетное состояние, молекула оказывается в ловушке , так как излучательный переход в основное синглетное состояние запрещен, а чтобы вернуться в возбужденное синглетное состояние, молекула должна приобрести тепловую энергию, равную АЕ (Т— 5 ). Поэтому молекула остается в триплетном состоянии, пока в ней не произойдет один из следующих процессов 1) испускание запрещенного излучения — фосфоресценции 2) тепловая активация в состояние 5 с последующей замедленной флуоресценцией 3) интеркомбинационная конверсия в основное синглетное состояние. [c.158]

Рис. 9.1-12. Диаграмма молекулярных энергетических уровней и схемы поглощения, колебательной релаксации, внутренней конверсии, флуоресценции, внешней конверсии, интеркомбинационной конверсии и фосфоресценции.

Молекула обладает набором энергетических состояний (рис. 28). Молекула, попавшая на верхние колебательные уровни любого возбужденного состояния, быстро теряет избыток колебательной энергии при столкновениях с окружающими молекулами. Это процесс колебательной релаксации. Безызлучательный переход между электронными состояниями одинаковой мультиплетности называется внутренней конверсией, аналогичный переход между состояниями разной мультиплетности — интеркомбинационной конверсией. [c.51]

В этом случае график Штерна — Фольмера (зависимость 1//иа.г от [М]) будет иметь в точке пересечения значение (1-ЬА1/Л)/ погл и производную ikq[N. ]/A)[ j,onu поэтому kq/A нельзя определить без измерения / эл и /погл. Однако необходимо знать только отношение /изл//погл, а не абсолютные значения интенсивностей. Следует заметить, что если энергетические спектры возбуждения и излучения не идентичны, то необходимо измерять отношение потоков квантов, а не отношение потоков энергии. Отношение /изл//погл есть квантовый выход ф1 процесса люминесценции (фг — квантовый выход флуоресценции, фр — квантовый выход фосфоресценции), поэтому значение модифицированной кривой Штерна — Фольмера 1/ф —[М] в точке пересечения будет определять отношение скоростей радиационных и безызлучательных процессов. Следовательно, в идеальном случае можно определить скорость внутренней и интеркомбинационной конверсии в люминесцирующей системе. [c.88]

Зависимость флуоресценции от температуры. В отсутствие тушителей эффективность флуоресценции фф определяется относительными скоростями излучательного процесса кф, с одной стороны, и безызлучательных процессов интеркомбинационной и внутренней йд конверсии, с другой. Скорость излучательного процесса не зависит от температуры, поэтому изменения фф отражают изменения кк и йд. Последние увеличиваются с ростом температуры, поскольку на верхние колебательные уровни состояния попадает все большая часть молекул и вероятность перехода через область пересечения потенциальных поверхностей возрастает. При пони ке-нии температуры обе константы скорости стремятся к предельным значениям, соответствующим интеркомбинационной или внутренней конверсии с самого нижнего, колебательного уровня Слабо флуоресцирующее вещество может стать при низкой температуре сильно флуоресцирующим. Зависимость выхода флуоресценции от температуры можно представить уравнением [c.62]

Внутренняя конверсия А — А д[А ] Интеркомбинационная конверсия А ——> [c.58]

Колебательная релаксация Флуоресценция Внутренняя конверсия Интеркомбинационная конверсия Колебательная релаксация Фосфоресценция [c.312]

Формально различаются процессы обмена электронной энергией, разрешенные правилом Д5 = 0 или запрещенные им. Термин внутренняя конверсия (1 ) применяется к безызлучательным переходам между состояниями одинаковой мультиплетности, тогда как название интеркомбинационная конверсия (IS ) относится к обмену энергией между состояниями различных спиновых систем . Процессы как внутренней, так и интеркомбинационной конверсии происходят без изменения полной (элект-ронной-+-колебательной) энергии, и поэтому соответствующие волнистые линии горизонтальны (т. е. ни поступательная, ни вращательная энергия не возникает во внутримолекулярных процессах обмена электронной энергией см. разд. 4.5). [c.61]

Одним из основных факторов, повлиявшим на углубление нашего понимания фотохимии, было развитие в течение нескольких последних десятилетий методов обнаружения и идентификации промежуточных продуктов фотохимических реакций. К ним относятся атомы, радикалы и ионы как первичные продукты фотолиза, возбужденные состояния этих первичных продуктов, возбужденные состояния, возникающие в первоначально поглощающем свет материале, включая триплетные, которые участвуют затем в флуоресценции, фосфоресценции и безызлучательных переходах (внутренняя конверсия и интеркомбинационная конверсия). Именно возможность изучения этих активных интермедиатов на коротких временных шкалах привела к появлению утонченных экспериментов с временным разрешением, которые рассматриваются в следующем разделе. Эксперименты с временным разрешением позволяют зондировать фотохимическую систему в заданный момент времени вскоре после поглощения кванта света, когда интересующие промежуточные продукты еще сохраняются. В этом разделе дается краткий обзор наиболее важных методик, пригодных для изучения промежуточных продуктов, с целью ввести читателей в круг обсуждаемых исследований с временным разрешением. Здесь не место для обсуждения теоретических основ спектроскопии будет лишь сделана попытка указать методики, которые могут быть с пользой применены. Одна из тем, которая многократно возникает, — это вопрос о том, как лазеры упростили более старые способы спектроскопических измерений и сделали возможными совершенно новые способы исследований. [c.194]

После того как молекула была возбуждена поглошением излучения, два типа безызлучательных процессов происходят столь быстро, что они предшествуют флуоресценции, фосфоресценции и химической реакции. К этим быстрым процессам относятся а) внутренняя конверсия и б) интеркомбинационная конверсия. [c.549]

Молекула, находящаяся в состоянии 5ь может вернуться в основное состояние 5о благодаря флуоресценции, если только до этого не произойдет внутренняя конверсия в 5о. Молекула, находящаяся в состоянии Гь может вернуться в основное состояние 5о благодаря фосфоресценции, если только до этого не произойдет интеркомбинационная конверсия в 5о. Поскольку состояния и Г являются начальными состояниями в большинстве фотохимических реакций и поскольку фотохимические реакции должны быть более быстрыми, чем флуоресценция или фосфоресценция, потому что эти процессы не отводят энергию, наше рассмотрение фотохимии мы начнем с флуоресценции и фосфоресценции. [c.550]

Молекула в состоянии может подвергаться либо внутренней конверсии и флуоресценции, либо интеркомбинационной конверсии IX на рис. 19-19), которая заключается в изменении ориентации спила электрона в молекуле для переведения ее на возбужденный колебательный уровень триплетного состояния После этого быстро произойдет колебательная релаксация и молекула попадет на самый нижний колебательный уровень Поскольку интеркомбинационная конверсия является спин-запрещенным переходом (т. е. поскольку она относительно менее вероятна с позиций квантовой механики, чем флуоресценция или внутренняя конверсия), она может конкурировать с этими процессами только для некоторых молекул. В этих случаях ско- [c.656]

Если возможны какие-либо иные — безызлучательные — процессы дезактивации, сопоставимые по скорости со скоростью радиационного процесса, вероятность флуоресценции уменьшается (падает квантовый выход). Безызлучательная дезактивация электронной энергии возбуждения может осуществляться за счет внутренней и интеркомбинационной конверсии. При внутренней конверсии дезактивация энергии происходит между двумя уровнями одинаковой мультиплетности, например "г 5 . Более важна интеркомбинационная конверсия, сопровождающаяся переходом молекулы с синглетного состояния одного типа (например, 5 ) на триплетный уровень другого типа (Гял )- Время жизни возбужденного триплетного состояния больше, чем синглетного из этого состояния также возможны радиационные (фосфоресценция) и безызлучательные переходы. Ввиду того что время жизни триплетного состояния велико, велика и вероятность перехода энергии возбуждения в кинетическую энергию молекулы. Именно поэтому фосфоресценция проявляется главным образом в замороженных растворах, где вероятность колебательных и вращательных движений молекулы снижена. [c.12]

СЯ более высокое состояние, внутренняя конверсия быстро переведет его в состояние Е, образовавшееся из состояния Ч ,g Возможно, что за счет интеркомбинационной конверсии заселяется и состояние Е, и фотохимическая реакционная способность может быть частично связана с этим состоянием [103]. Однако похоже, что в этом случае участвуют главным образом квартетные состояния. В табл. 3 приведены волновые функции основного и возбужденно-то состояния для квартетов октаэдрического -комплекса. Рассматривались только -орбитали и только с точки зрения кристаллического поля [104]. Тем не менее более утонченный подход на основе теории молекулярных орбиталей не меняет особенностей, связанных с симметрией [101]. [c.563]

За время после выхода в свет книги Паркера на английском языке появился ряд монографий и обзоров (ссылки на них даны в библиографии, см. стр. 496) и начали издаваться два новых международных журнала [3]. Были получены новые результаты (в частности, в области люминесценции биологически важных соединений [4]), предложены новые методы исследования. Особенно надо отметить революционизирующее влияние применения лазеров. Исключительно малая продолжительность импульса, сравнимая с временами внутримолекулярного перераспределения электронной энергии, а также высокие мощности излучения сделали возможным прямое измерение скоростей внутренней и интеркомбинационной конверсии [5], исследование синглет-синглетной и триплет-синглетной аннигиляции [6] и синглет-син-глетного (S 4-Sb п> 1) поглощения [7,8]. Наконец было обнаружено испускание из самого нижнего синглет-возбужденного состояния азулена [9]. [c.6]

В отсутствие тушителей эффективность флуоресценции (фу) определяется относительными скоростями излучательного процесса ( /), с одной стороны, и безызлучательных процессов интеркомбинационной (kg) и внутренней кп) конверсии — с другой [см. уравнение (69)]. Можно ожидать, что скорость излу- [c.82]

Обеим зависимостям соответствовали одни и те же значения Е, что указывает на определяющую роль интеркомбинационной конверсии 51Г) в зависимости выхода флуоресценции от температуры. Авторы прищли к выводу, что для исследованных соединений внутренней конверсией 51—>-5о можно пренебречь, и предположили, что брутто-процесс 51->71 начинается с интеркомбинационной конверсии в состояние Гг, расположенное немного выше состояния 5ь [c.84]

П — поглощение Фл — флуоресценция Ф —фосфоресценция КР — колебательная релаксация ВК—внутренняя конверсия ИК —интеркомбинационная конверсия [c.64]

Из анализа диаграмм, изображающих соответствующие потенциальные кривые, можно видеть, что существует большое сходство между процессами внутренней и интеркомбинационной конверсии (рис. 3.10). [c.79]

Внутренняя и интеркомбинационная конверсия 5] [c.79]

Процесс Возбуждение Внутренняя конверсия Интеркомбинационная конверсия [c.89]

И наконец, отметим, что важную роль в фотохимической реакции играет растворитель. Помимо того, что растворитель может быть одним из реагентов, он способен проявлять себя как специфический тушитель или взаимодействовать с растворенным веществом, что влияет на скорость процессов внутренней и интеркомбинационной конверсии [65] (например, влияние тяжелых атомов, изменение взаимного расположения уровней энергии и т. д.). [c.102]

Скорости переходов. При изучении фотолюминесценции необходимо знать временные характеристики излучательных и конкурирующих с ними безызлучательных процессов дезактивации возбужденных состояний. Для излучательных процессов характерны следующие времена. Поглощение света происходит за время порядка одного колебания световой волны, т. е. около 10 с. Флуоресценция из самого нижнего возбужденного синглетного состояния происходят от 10 с (для я —я-переходов) до 10 (для я —п-переходов). Излучательные времена триплетных состояний лежат в пределах от 10 2 до с. Безызлучательные переходы из верхних возбужденных состояний происходят за время порядка 10 2 с. Скорость внутренней конверсии с нижнего возбужденного синглета в основное состояние часто сравнима со скоростью флуоресценции. Интеркомбинационная конверсия из нижнего синглетного состояния протекает за время порядка излучательного времени жизни флуоресценции. Р1нтеркомбинационные переходы из триплета в основной синглет происходят сравнительно медленно (Ю — 10 с в зависимости от условий). [c.57]

Поглощение излучения на синглет-триплетном переходе мало, поскольку он запрещен в такой же степени, как запрещена фосфоресценция на триплет-синглетном переходе. Следовательно, возбуждение верхнего фосфоресцирующего уровня непосредственно из основного является неэффективным, гораздо чаще фосфоресценция возникает в результате радиационного распада триплетных уровней, заселяемых безызлучательными переходами с синглетных уровней, возбуждаемых поглощением из основного состояния. Диаграмма последовательности событий показана на рис. 4.1. В результате поглощения заселяется уровень Si" после быстрой релаксации (по крайней мере в конденсированных средах) по колебательным уровням молекула оказывается на уровне Si°, где она может потерять энергию либо за счет излучения (фосфоресценции), либо в результате безызлучательного перехода на уровень T l — интеркомбинационной конверсии (IS ), либо в результате безызлучательного перехода на уровень — внутренней конверсии (1 ). Возможно, это может показаться странным, что ISG на уровень Ti , являющийся запрещенным по спину согласно правилам отбора для безызлучательных переходов, может эффективно конкурировать с разрешенной по спину флуоресценцией или внутренней конверсией на So " однако фосфоресценция наблюдается во многих случаях, когда можно предположить, что 1 5i 5o относительно неэффективна. Для полного понимания процессов фотохимии молекул необходимо знать эффективность (квантовый выход) всех процессов, происходящих в ней. Даже если возбужденные частицы не вступают в химические реакции, не подвержены процессам разложения или тушения, то необходимо уметь определять квантовый выход флуоресценции ((pf), фосфоресценции (фр), интеркомбинационной конверсии " So (fis ) и внутренней конверсии 51 5о(ф1с). Учитывая, что суммарная эффективность всех процессов равна единице, получим [c.84]

Эксперименты на миллисекундной и микросекундной временных шкалах дают информацию о скоростях бимолекулярных реакций фотолитических фрагментов и возбужденных состояниях, а также о фосфоресценции (испускании света при переходе из триплетного возбужденного состояния). В нано-секундных экспериментах можно исследовать флуоресценцию, испускаемую при переходе из нижнего синглетного возбужденного состояния, а также интеркомбинационную конверсию. Измерения с пикосекундным разрешением дают кинетические данные о геминальной рекомбинации, обмене энергией, колебательной релаксации и более медленных процессах внутренней конверсии и изомеризации. Начинают появляться сообщения об исследованиях в фемтосекундном диапазоне. Следует помнить, что за одну фемтосекунду свет проходит расстояние лишь в 300 нм или порядка одной длины волны Эксперименты на этой временной шкале касаются процесса поглощения света и самых ранних стадий превращения энергии, вызывающего химические и физические изменения вещества. [c.204]

Безызлучательный переход из 81 в 8 с последующим рассеиванием избыточной энергии в виде теплоты или инфракрасного излучения называется внутренней конверсией. Безызлучательный переход в состояние Тх называется интеркомбинационной конверсией. Несмотря на то что переход этого типа является запрещенным, поскольку связан с изменением мультиплетности, вероятность его в ряде случаев оказывается достаточно большой. Вследствие резонансного характера перехода возиикает колебательно-возбужденное состояние однако избыточная энергия колебаний достаточно быстро рассеивается и дальнейшие события происходят преимущественно с термически равновесным триплетным состоянием. [c.157]

Установлено, что явление мультилюминесценции, наблюдаемое для биядерных [М(С/ Ы)(ц-СЫ)М (С Ы)] комплексов, определяются процессами деградации энергии из двух в значительной степени изолированных возбужденных состояний, локализованных на М(С Н) - и М (С Ы) -фрагментах, каждое из которьк характеризуется фиксированными энергетическими и кинетическими параметрами практически независимо от состава комплексов. Влияние состава комплексов в определяет эффективность образования возбужденных состояний, локализованных на М(С Ы) - и М (С К) -фрагментах, в результате процессов колебательной релаксации, внутренней и интеркомбинационной конверсии. [c.63]

К числу процессов, конкурирующих с флуоресценцией, относятся внутренняя конверсия, интеркомбинационная конверсия (в результате последней молекула переходит в триплетное состояние), а также фв-тохимические реакции, в которые может вступать молекула, находясь в синглетном возбужденном состоянии. Внутренняя конверсия представляет собой процесс, в ходе которого молекула переходит с низшего колебательного подуровня одного из более высоких электронно-возбужденных состояний на один из высоких колебательных подуровней основного состояния. Этот процесс служит главным каналом, по которому снимается электронное возбуждение, и прямо конкурирует с флуоресценцией. Поэтому время жизни молекулы в возбужденном состоянии ) (т) обычно меньше Тг. Эффективность флуоресценции по определению равна [c.30]

Рис. 14.4.80. Возможные пути дезактивации эксиплекса Ь, 12 — возбужденные синглетные состояния молекул люминофора и тушителя ЗХ, 30 —трршлетные состояния молекул люминофора и тушителя ВК — внутренняя конверсия ИКК — интеркомбинационная конверсия

Имеется два пути заселения триплетных состояний. 1) Прямое заселение в результате запрещенных по спину -> -переходов мало эффективно. Молярный коэффициент Г, -поглощения равен -10" . 2) Заселение триплетных состояний через систему синглетных состояний. В результате рассмотренных выше процессов колебательной релаксации и внутренней конверсии молекула очень быстро ( 10 с) возвращается на нижний колебательный подуровень первого синглетного состояния. Вследствие достаточно небольшой разницы в энергии 5, - и T -состояний последнее заселяется за счет интеркомбинационной конверсии с нижнего колебательного уровня 5, -состояния на имеющий ту же полную энергию колебательный уровень — Г, -состояние. Интеромбинационная конверсия — безызлучательный переход между состояниями различной мультиплетности. Затем вследствие быстрого процесса колебательной релаксации молекула перейдет на нижний колебательный подуровень — T -состояние. Безызлучательная дезактивация —> 5 конкурирует с излучательным Г, -> -иерехоцом-фосфоресцещией. Фосфоресценция — излучательный переход между состояниями различной мультиплетности. [c.302]

Дайте определение следующих терминов разрешающая способность, светосила, коэффициент пропускания светофильтра, микрофотометр, фотографическая эмульсия, фотолиз, колориметр, определяемое вещество, спектрофотометр, флуориметр, фосфориметр, спектрофлуориметр, раствор сравнения, коллимирование, люминесценция, резонансная флуоресценция, внутренняя конверсия, интеркомбинационная конверсия, колебательная релаксация, триплетное состояние и эффект внутреннего фильтра. [c.670]

Имеющиеся в настоящее время опытные данные показывают, что уравнение (108) выполняется, по крайней мере приближенно, для некоторых соединений [103, 104], хотя имеются и противоположные данные [105]. Можно ожидать, что скорость внутренней конверсии нз синглетного состояния кп при понижении температуры будет уменьшаться, поэтому при низких температурах уравнение (108) выполняется точнее. Влияние температуры на ф< будет сводиться при этих условиях к зависимости от нее скорости интеркомбинационной конверсии kg. Абсолютные значения фi определить трудно, однако, измерив фр и х и использовав уравнение (103), можно определить зависимость от температуры относительной эффективности образования триплетов. Данные, полученные Паркером и Хатчардо.м [19] (табл. 6), показывают, [c.90]

П, Б и И, В. В этих процессах поглощаемая люминесцирующей молекулой энергия расходуется безызлучательным путем. Это внутренняя конверсия, интеркомбинационная конверсия, перенос энергии, а также дезактивация, вызываемая столкновениями с другими молекулами растворенного вещества. Тушение люминесценции, таким образом, является фундаментальным явлением, характерным для системы при определенных условиях, и не зависит от способа проведения эксперимента, в котором оно исследуется. Напротив, эффекты внутреннего фильтра представляют собой методический артефакт. Они не влияют на первичные процессы испускания света возбуледенными молекулами, но уменьшают наблюдаемую интенсивность люминесценции за счет поглощения либо возбуждающего света, либо люминесценции внутри исследуемого образца. Паркер и Рис [150] рассмотрели два типа эффектов внутреннего фильтра а) дополнительное поглощение возбуждающего света и б) поглощение испускаемой люминесценции. Мы обсудим их при рассмотрении трех основных типов расположения образца, показанных на рис. 78. [c.211]

Тущение включает и самотущение, т. е. процесс, в котором роль тущителя играет флуоресцирующее вещество. В умеренно разбавленных растворах (<10 М) переносом энергии и са-мотущением можно пренебречь. Константу скорости тущения посторонним веществом (йд) можно рассчитать, зная константу тушения Штерна — Фольмера [уравнение (75)] и время жизни флуоресценции в отсутствие данного тушителя (то). Способы определения остальных трех констант скорости будут рассмотрены в следующих разделах. Следует отметить, что константа скорости внутренней конверсии включает скорость тущения флуоресценции растворителем. Как мы увидим, это тушение может представлять собой фотохимическую реакцию или же такое взаимодействие, которое повышает скорость интеркомбинационной конверсии. [c.286]

При поглощении света молекула из синглетного основного состояния (Зо) переходит, как правило, в возбужденное синглетное, так как согласно правилу спинового отбора (Д5 = 0) переход с изменением спина (например, 5о- Тй Д5 = 1) запрещен. Первоначальный переход в состояние 5] при поглощении света не обязателен если фотон обладает достаточной энергией, то молекула может перейти в энергетически более высокое состояние 8п п = 2, 3. ..). Однако с константой скорости, большей 10 с Ч т. е. за время, меньшее 10 с, осуществляется переход молекулы на уровень состояния, расположенный достаточно близко подобного рода безызлучательные переходы между двумя электронными состояниями одинаковой мультиплетности, называются внутренней конверсией. Скорость безыз-лучательных переходов, приводящих к уровню 5 , обычно так велика, что другие физические (а тем более химические) процессы не могут с ними конкурировать. Уровень 51 отделен от основного состояния 5о существенно большим энергетическим интервалом, чем от уровня 5з, и безызлучательный переход с уровня на уровень 5о требует большего времени, чем при дезактивации. . Благодаря малой энергетической разности уровней 5] и Тх реализуется переход хотя он требует изменения спина. Безызлучательные цереходы между двумя электронными состояниями различной мультиплетности называются интеркомбинационной конверсией. Так происходит заселение уровня Т при прямом возбуждении (рис. 23). При сенсибилизированном возбуждении поглотившие свет молекулы сенсибилизатора 2 могут передавать электронную энергию с уровня на [c.183]

Важным условием процессов дезактивации — внутренней и интеркомбинационной конверсии — является наличие точек пересечения потенциальных кривых соответствующих электронных состояний. Это показано на рис. 3. 0. В этих точках оба состояния имеют вырожденные (эквиэнергетические) колебательные уровни. Высоким скоростям процессов способствует расположение точки пересечения вблизи низкого (или нулевого при низкой температуре) колебательного уровня высшего состояния и относительно низкого колебательного уровня низшего состояния. Чем меньше разность энергий низших колебательных уровней электронных состояний, участвующих в данном переходе, тем больше вероятность именно такого типа пересечения потенциальных кривых. Это объясняет быструю безызлучательную дезактивацию всех высших синглетных состояний в состояние [c.81]

В отсутствие необратимых фотохимических реакций основными процессами, уменьшающими квантовый выход излучения, являются внутренняя конверсия из состояния 51 в 5о и интеркомбинационная конверсия из состояния Г1 в 5о- Кроме того, для заселения триплетных состояний необходима интеркомбинацио1шая конверсия [c.79]

Однако интеркомбинационная конверсия 51происходит между состояниями близкой энергии, поэтому, если исключить запрет по спину, скорость такого процесса должна быть близка к скорости внутренней конверсии между возбужденными синглетными состояниями. Правила отбора по спину замедляют процесс 51- Г1 в 10 —10 раз, что приводит к константе скорости этого процесса, равной 10 —10 сек , т. е. интеркомбинационная конверсия 51 71 вполне может конкурировать с флуоресценцией из состояния 51. [c.79]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология