π-elektronické energetické hladiny organické molekuly. S0 je základní stav. S1, S2, S3 jsou vzrušené singletové stavy. T1, T2, T3 jsou excitované tripletové stavy. S00, S01, S10, S11 atd. jsou vibrační podúrovně.

v organických molekulách je scintilace produktem π-orbitalů. Organické materiály tvoří molekulární krystaly, kde jsou molekuly volně vázány van der Waalsovými silami. Základní stav 12C je 1s2 2s2 2p2. V valence bond theory, když uhlík tvoří sloučeniny, jedním z 2s elektronů je nadšený do 2p státu, což má za následek konfigurace 1s2 2s1 2p3. Popsat různé Valence uhlíku, čtyři valenční elektronové orbitaly, jeden 2s a tři 2p, jsou považovány za smíšené nebo hybridizované v několika alternativních konfiguracích. Například v čtyřstěnné konfiguraci se orbitaly s a p3 kombinují a vytvářejí čtyři hybridní orbitaly. V jiné konfiguraci, známé jako trigonální konfigurace, zůstává jeden z P-orbitalů (řekněme pz) nezměněn a tři hybridní orbitaly jsou produkovány smícháním orbitalů s, px a py. Orbitaly, které jsou symetrické o lepení osy a roviny molekuly (sp2) jsou známé jako σ-elektrony a dluhopisy se nazývá σ-vazby. Pz orbital se nazývá π-orbital. Π-vazba nastává, když interagují dva π-orbitaly. K tomu dochází, když jsou jejich uzlové roviny koplanární.

v určitých organických molekulách π-orbitaly interagují za vzniku společné uzlové roviny. Ty tvoří delokalizované π-elektrony, které mohou být vzrušeny zářením. De-excitace delokalizovaných π-elektronů vede k luminiscenci.

excitované stavy π-elektronových systémů lze vysvětlit obvodovým volným elektronovým modelem (Platt 1949). Tento model se používá pro popis polycyklických uhlovodíků sestávajících z kondenzovaných systémů benzenoidních kruhů, ve kterých žádný atom C nepatří do více než dvou kruhů a každý atom C je na obvodu.

kruh lze aproximovat jako kružnici s obvodem l. Vlnové funkce elektron orbital musí splňovat podmínku, že se letadlo rotátorové:

ψ ( x ) = ψ ( x + l ) {\displaystyle \psi (x)=\psi (x+l)\,}

odpovídající řešení Schrödingerovy vlnové rovnice jsou:

ψ 0 = ( 1 l ) 1 2 ψ q 1 = ( 2 l ) 1 2 cos ⁡ ( 2 π q x l ) ψ q 2 = ( 2 l ) 1 2 sin ⁡ ( 2 π q x l ) A q = q 2 ℏ 2 2 m 0 l 2 {\displaystyle {\begin{aligned}\psi _{0}&=\left({\frac {1}{l}}\right)^{\frac {1}{2}}\\\psi _{q1}&=\left({\frac {2}{l}}\right)^{\frac {1}{2}}\cos {\left({\frac {2\pi \ qx}{l}}\right)}\\\psi _{q2}&=\left({\frac {2}{l}}\right)^{\frac {1}{2}}\sin {\left({\frac {2\pi \ qx}{l}}\right)}\\E_{q}&={\frac {q^{2}\hbar ^{2}}{2m_{0}l^{2}}}\end{aligned}}}

, kde q je orbitální kroužek kvantové číslo; počet uzlů vlny-funkce. Protože elektron má spin nahoru a spin dolů a může se otáčet o kruhu v obou směrech všechny energetické hladiny až na nejnižší jsou dvojnásobně degenerované.

výše uvedené ukazuje π-elektronické energetické hladiny organické molekuly. Po absorpci záření následuje molekulární vibrace do stavu S1. Poté následuje de-excitace do stavu S0 zvaného fluorescence. Populace tripletových států je možná i jinými prostředky. Trojice států v rozkladu s mnohem delší čas rozpadu než tričko státy, což má za následek to, co se nazývá pomalé složky rozkladu procesu (fluorescence proces se nazývá rychlá složka). V závislosti na konkrétní energetické ztrátě určité částice (dE / dx) jsou stavy“ rychlé „a“ pomalé “ obsazeny v různých poměrech. Relativní intenzity světelného výkonu těchto stavů se tedy liší pro různé dE / dx. Tato vlastnost scintilátorů umožňuje diskriminaci tvaru pulsu: je možné určit, která částice byla detekována při pohledu na tvar pulsu. Rozdíl ve tvaru je samozřejmě viditelný na zadní straně pulsu, protože je způsoben rozpadem excitovaných stavů.