π-eletrônica em níveis de energia de uma molécula orgânica. S0 é o estado terrestre. S1, S2, S3 estão excitados Estados isolados. T1, T2, T3 São Estados triplet excitados. S00, S01, S10, S11 etc. são sub-níveis vibracionais.

em moléculas orgânicas a cintilação é um produto dos orbitais π. Materiais orgânicos formam cristais moleculares onde as moléculas são livremente ligadas por forças de Van der Waals. O estado de terreno de 12C é 1s2 2s2 2p2. Na teoria da ligação de Valência, quando o carbono forma compostos, um dos elétrons 2s é animado no estado 2p, resultando em uma configuração de 1s2 2s1 2p3. Para descrever as diferentes valências do carbono, os quatro orbitais de elétrons de Valência, um 2s e três 2p, são considerados misturados ou hibridizados em várias configurações alternativas. Por exemplo, em uma configuração tetraédrica os orbitais s e p3 se combinam para produzir quatro orbitais híbridos. Em outra configuração, conhecida como configuração trigonal, um dos orbitais p (digamos pz) permanece inalterado e três orbitais híbridos são produzidos misturando os orbitais s, px e py. Os orbitais que são simétricos sobre os eixos de ligação e plano da molécula (sp2) são conhecidos como σ-elétrons e as ligações são chamadas σ-ligações. O orbital pz é chamado de π-orbital. Uma ligação π ocorre quando dois orbitais π interagem. Isto ocorre quando seus aviões nodal são coplanar.em certas moléculas orgânicas, os orbitais π interagem para produzir um plano nodal comum. Estas formas delocalizaram elétrons π que podem ser excitados pela radiação. The de-excitation of the delocalized π-electrons results in luminescence.

os estados excitados dos sistemas de elétrons π podem ser explicados pelo modelo perimetro-livre (Platt 1949). Este modelo é usado para descrever hidrocarbonetos policíclicos constituídos por sistemas condensados de anéis benzenóides em que nenhum átomo C pertence a mais de dois anéis e cada átomo C está na periferia.

O anel pode ser aproximado como um círculo com circunferência l. A onda-função do elétron orbital, que deve satisfazer a condição de um avião rotador:

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

O correspondente soluções para a equação de onda de Schrödinger são:

ψ 0 = ( 1 l ) 1 2 ψ q 1 = ( 2 l ) 1 2 cos ⁡ ( 2 π p x l ) ψ q 2 = ( 2 l ) 1 2 sin ⁡ ( 2 π p x l ) E q = q 2 ℏ 2 2 m 0 l 2 {\displaystyle {\begin{alinhado}\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{alinhado}}}

onde q é o anel orbital quantum número; o número de nós da onda-função. Uma vez que o elétron pode ter rotação para cima e para baixo e pode rodar em torno do círculo em ambas as direções todos os níveis de energia, exceto os mais baixos são duplamente degenerados.

O acima mostra os níveis de Energia π-eletrônica de uma molécula orgânica. A absorção de radiação é seguida por vibração molecular para o estado S1. Isto é seguido por uma Des-excitação para o estado S0 chamado fluorescência. A população dos Estados tripletos também é possível por outros meios. O tripleto decai com um tempo de decaimento muito mais longo do que o singlet, o que resulta no que é chamado de componente lento do processo de decaimento (o processo de fluorescência é chamado de componente rápido). Dependendo da perda de energia particular de uma determinada partícula (dE/dx), os Estados “rápidos” e “lentos” são ocupados em proporções diferentes. As intensidades relativas na produção leve destes estados diferem assim para diferentes dE / dx. Esta propriedade dos cintiladores permite a discriminação da forma do pulso: é possível identificar qual partícula foi detectada olhando para a forma do pulso. É claro que a diferença de forma é visível no lado posterior do pulso, uma vez que é devido ao decaimento dos estados excitados.