Scyntylacja (fizyka)
w cząsteczkach organicznych scyntylacja jest produktem π-orbitali. Materiały organiczne tworzą kryształy molekularne, w których cząsteczki są luźno związane siłami Van der Waalsa. Stan podstawowy 12C to 1s2 2s2 2p2. W teorii wiązania walencyjnego, gdy węgiel tworzy związki, jeden z elektronów 2S jest wzbudzony do stanu 2P, co daje konfigurację 1S2 2s1 2p3. Aby opisać różne wartościowości węgla, cztery orbitale elektronów walencyjnych, jeden 2S i trzy 2p, są uważane za mieszane lub hybrydyzowane w kilku alternatywnych konfiguracjach. Na przykład w układzie czworościennym orbitale s i p3 łączą się, tworząc cztery orbitale hybrydowe. W innej konfiguracji, znanej jako Konfiguracja trygonalna, jeden z orbitali p (powiedzmy pz) pozostaje niezmieniony, a trzy orbitale hybrydowe powstają przez zmieszanie orbitali s, px i py. Orbitale symetryczne względem osi wiązania i płaszczyzny cząsteczki (sp2) znane są jako σ-elektrony, a wiązania nazywane są σ-wiązaniami. Orbital Pz nazywany jest orbitalem π. Wiązanie π występuje, gdy dwa π-orbitale oddziałują ze sobą. Dzieje się tak, gdy ich węzłowe płaszczyzny są współpłaszczyznowe.
w niektórych cząsteczkach organicznych π-orbitale oddziałują, tworząc wspólną płaszczyznę węzłową. Tworzą one zdelokalizowane π-elektrony, które mogą być wzbudzane przez promieniowanie. De-wzbudzenie delokalizowanych elektronów π powoduje luminescencję.
Stany wzbudzone układów π-elektronowych można wyjaśnić obwodowym modelem swobodnych elektronów (Platt 1949). Model ten służy do opisu wielopierścieniowych węglowodorów składających się ze skondensowanych układów pierścieni benzenoidowych, w których żaden atom C nie należy do więcej niż dwóch pierścieni, a każdy atom C znajduje się na obwodzie.
pierścień może być przybliżony jako okrąg o obwodzie l. Funkcja falowa orbitalu elektronu musi spełniać warunek rotatora płaszczyzny:
ψ (x) = ψ (x + l) {\displaystyle \psi (x)=\psi (x+l)\,}
odpowiednimi rozwiązaniami równania falowego Schrödingera są:
ψ 0 = ( 1 l ) 1 2 ψ M 1 = ( 2 l ) 1 2 cos ( 2 π m X l ) ψ m 2 = ( 2 l ) 1 2 sin ( 2 π m x l ) i Q = m 2 ℏ 2 2 m 0 d 2 {\właściwości styl wyświetlania wartości {\zaczynają się{wyrównane}\psi _{0}&=\w lewo({\złamania {1}{l}}\prawej)^{\złamania {1}{2}}\\\psi _{K1}&=\w lewo({\złamania {2}{l}}\prawej)^{\złamania {1}{2}}\cos {\w lewo({\złamania {2\pi \ c}{l}}\prawej)}\\\psi _{K2}&=\w lewo({\złamania {2}{l}}\prawej)^{\złamania {1}{2}}\sin {\w lewo({\złamania {2\pi \ c}{l}}\prawej)}\\, u, {g}&w={\фрац {d^{2}\poprzeczki ^{2}}{2m_{0}e^{2}}}\End{wyrównany}}}
gdzie q jest liczbą kwantową pierścienia orbitalnego; liczbą węzłów funkcji falowej. Ponieważ elektron może mieć spin w górę i spin w dół i może obracać się wokół okręgu w obu kierunkach, wszystkie poziomy energii z wyjątkiem najniższego są podwójnie zdegenerowane.
powyższe pokazuje π-poziomy energii elektronowej cząsteczki organicznej. Po absorpcji promieniowania następuje wibracja molekularna do stanu S1. Po tym następuje de-wzbudzenie do stanu S0 zwanego fluorescencją. Populacja Stanów trypletowych jest możliwa również w inny sposób. Rozpad Stanów trypletowych o znacznie dłuższym czasie rozpadu niż Stanów singletowych, co skutkuje tzw. powolnym składnikiem procesu rozpadu (proces fluorescencji nazywany jest składnikiem szybkim). W zależności od konkretnej utraty energii określonej cząstki (dE / dx), Stany” szybkie „i” wolne ” są zajęte w różnych proporcjach. Względne natężenia strumienia świetlnego tych stanów różnią się więc dla różnych dE / dx. Ta właściwość scyntylatorów pozwala na rozróżnienie kształtu impulsu: możliwe jest zidentyfikowanie, która cząstka została wykryta, patrząc na kształt impulsu. Oczywiście różnica kształtu jest widoczna w końcowej stronie impulsu, ponieważ jest to spowodowane rozpadem stanów wzbudzonych.