原子・分子のエネルギー準位：Jablonski diagram

🧠 Jablonski図Jablonski diagram Jablonski図（Jablonski diagram）Jablonski diagram（Jablonski図） は、分子の電子状態と振動準位を縦方向のエネルギー軸に並べ、吸収後に起こりうる放射・無放射遷移non-radiative transition 無放射遷移（non-radiative transition）non-radiative transition（無放射遷移） を一枚で追う図である。

分子の準位構造

原子の離散的な電子準位に対し、分子では各電子状態の内部に振動準位と回転準位が重なる。基底一重項状態ground singlet state基底一重項状態（ground singlet state）ground singlet state（基底一重項状態）$S_0$、励起一重項状態excited singlet state励起一重項状態（excited singlet state）excited singlet state（励起一重項状態）$S_1,S_2$、三重項状態triplet state三重項状態（triplet state）triplet state（三重項状態）$T_1$を区別し、準位差energy level difference 準位差（energy level difference）energy level difference（準位差） に対応する光子エネルギーは$E=hf$で決まる。

矢印が表す遷移

flowchart TD
  A["S₀で光子を吸収"] --> B["S₁またはS₂の振動準位へ励起"]
  B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='vibrational relaxation'>振動緩和</span>・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='internal conversion'>内部転換</span>"]
  C --> D["S₁<span class='jp-term jp-term-diagram' title='lowest vibrational level'>最低振動準位</span>"]
  D --> E["蛍光：S₁からS₀"]
  D --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='intersystem crossing'>項間交差</span>：S₁からT₁"]
  F --> G["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='phosphorescence'>りん光</span>：T₁からS₀"]

上向き直線は吸収、下向き直線は蛍光やりん光phosphorescenceりん光（phosphorescence）phosphorescence（りん光）、波線は熱として散逸 dissipate 散逸（dissipate） dissipate（散逸） する無放射遷移 non-radiative transition 無放射遷移（non-radiative transition） non-radiative transition（無放射遷移） を表す。図の横方向は距離や時間ではない。

図から予測できること

発光波長、発光寿命luminescence lifetime発光寿命（luminescence lifetime）luminescence lifetime（発光寿命）、量子収率quantum yield 量子収率（quantum yield）quantum yield（量子収率） は、どの経路がどの速度で競合するかによって決まる。詳細な経路は振動緩和vibrational relaxation 振動緩和（vibrational relaxation）vibrational relaxation（振動緩和） と項間交差 intersystem crossing項間交差（intersystem crossing） intersystem crossing（項間交差）で整理する。

まとめ

励起状態からの緩和、発光、測定値の解釈は、蛍光の時間依存性 time-dependent 時間依存性（time-dependent） time-dependent（時間依存性） と実験条件を併せて考える。¹²

• 分子の各電子状態には複数の振動・回転準位 vibrational-rotational energy levels 振動・回転準位（vibrational-rotational energy levels） vibrational-rotational energy levels（振動・回転準位） が含まれる。
• Jablonski図Jablonski diagram Jablonski図（Jablonski diagram）Jablonski diagram（Jablonski図） ではエネルギー軸と矢印の種類から遷移を読む。
• 蛍光・りん光phosphorescenceりん光（phosphorescence）phosphorescence（りん光）・無放射緩和non-radiative relaxation 無放射緩和（non-radiative relaxation）non-radiative relaxation（無放射緩和） は、同じ励起状態から分岐する競合経路 competing pathways 競合経路（competing pathways） competing pathways（競合経路） である。