Biophysics · 10.01

原子・分子のエネルギー準位：Jablonski diagram

Energy levels of atoms and molecules: the 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singlet (state)一重項（singlet (state)）singlet (state)（一重項）状態 $S_0$ 、励起一重項singlet (state)一重項（singlet (state)）singlet (state)（一重項）状態 $S_1,S_2$ 、三重項triplet (state)三重項（triplet (state)）triplet (state)（三重項）状態 $T_1$ を区別し、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最低振動準位"]
  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["りん光：T₁からS₀"]

上向き直線は吸収、下向き直線は蛍光やりん光、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

分子の各電子状態には複数の振動・回転準位が含まれる。
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・無放射緩和は、同じ励起状態から分岐する競合経路である。