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Jabłoński-Schema
Es liefert eine anschauliche Darstellung für die Phänomene der Fluoreszenz und Phosphoreszenz, weshalb es für die UV/VIS-Spektroskopie eine große Rolle spielt.
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Bedeutung und Grundidee
Ein Jabłoński-Diagramm oder Jabłoński-Termschema veranschaulicht, welche Übergänge Valenzelektronen bei der Einstrahlung von Licht zwischen Grundzustand und angeregten Zuständen machen können. Es zeigt auch die möglichen Rückwege in energieärmere Zustände. Dadurch macht es Fluoreszenz und Phosphoreszenz anschaulich und ist für die UV/VIS-Spektroskopie wichtig.
Trifft elektromagnetische Strahlung auf ein Teilchen, kann ein Elektron die Energie eines Photons absorbieren. Es wird dann aus dem Grundzustand in einen energetisch höher liegenden Zustand angeregt.
Rückkehr in niedrigere Energiezustände
Die Relaxation, also die Rückkehr in den Grundzustand, kann auf mehreren Wegen erfolgen.
- Bei der strahlungslosen Desaktivierung oder vibronischen Relaxation gibt das Elektron Energie ab, ohne Licht auszusenden. Die Energie wird auf niedrigere Translations-, Rotations- und Schwingungszustände der umgebenden Teilchen übertragen.
- Bei der Inneren Umwandlung (internal conversion, IC) wechselt ein elektronisch angeregter Zustand in einen angeregten Schwingungszustand eines tiefer liegenden elektronischen Zustands gleicher Multiplizität. Danach kann eine weitere strahlungslose Desaktivierung folgen.
- Beim Intersystem Crossing (ISC) erfolgt ein Übergang zwischen einem angeregten Singulettzustand und einem Triplettzustand oder zurück.
Lumineszenz: Fluoreszenz und Phosphoreszenz
Bei der strahlenden Desaktivierung wird Licht emittiert; dies heißt Lumineszenz. Das Elektron wechselt dabei direkt in einen tiefer liegenden Zustand.
Fluoreszenz ist ein spinerlaubter strahlender Übergang aus einem Singulettzustand. Phosphoreszenz entsteht dagegen aus einem angeregten Triplettzustand. Dieser Zustand ist typischerweise langlebig, weil für die Desaktivierung eine Spinumkehr nötig ist. Sie ist spinverboten und kann daher nur unter Mitwirkung eines weiteren Teilchens oder durch ein erneutes ISC stattfinden.
Entwicklung des Schemas
Termschemata, welche elektronische Zustände vertikal nach Energie und horizontal nach Spinmultiplizität ordnen, wurden bereits von Niels Bohr und Walter Grotrian entwickelt, zunächst aber nur für Atome.
Jean Perrin verwendete ein entsprechendes Schema später für Moleküle bei Lichtabsorption und -emission. Damit erklärte er thermisch-aktivierte verzögerte Fluoreszenz und nahm einen metastabilen Zustand an, der selbst weder strahlend noch nicht-strahlend in den elektronischen Grundzustand relaxieren könne.
Jabłoński erklärte mit einem Termschema, warum die Phosphoreszenz organischer Farbstoffmoleküle gegenüber ihrer Fluoreszenz rotverschoben und damit niederenergetisch ist. Auch sein Modell enthielt einen metastabilen Zustand, der im Unterschied zu Perrins Annahme Licht emittieren konnte. Alexander Terenin sowie Gilbert Newton Lewis und Michael Kasha erkannten diesen Zustand unabhängig voneinander als Triplettzustand; Jabłoński widersprach dieser Deutung lange. Lewis und Kasha verwendeten erstmals den Begriff „Jablonski diagram“.
Streng genommen gilt die Bezeichnung Jabłoński-Diagramm als falsch, weil die heutige Interpretation von Jabłońskis eigener abweicht. Im französischsprachigen Raum wird deshalb oft „Perrin-Jabłoński-Diagramm“ verwendet.