Cỏc phõn tử chất màu cú rất nhiều trạng thỏi là cỏc tổ hợp của cỏc trạng thỏi điện tử, trạng thỏi dao động và trạng thỏi quay. Do vậy khụng thể xỏc định chớnh xỏc cỏc mức năng lượng của phõn tử chất màu. Dựa vào mẫu điện tử của Bohr, Jablonski đó đưa ra giản đồ cỏc mức năng lượng đơn giản húa phản ỏnh những đặc điểm quan trọng chủ yếu của cỏc chuyển dời lượng tử trong phõn tử màu (Hỡnh 1.3). Trong đú S0, S1, S2, ... là cỏc trạng thỏi đơn điện tử (singlet) và cỏc trạng thỏi điện tử bội ba (triplet) là T1, T2, ... tương ứng với số lượng tử spin toàn phần S = 0 và S = 1. Ở trạng thỏi singlet, hai điện tử ở cựng một mức năng lượng sẽ cú spin đối song. Ngược lại khi một điện tử nằm ở trạng thỏi triplet, spin của nú song song với spin cũn lại. Mỗi một trạng thỏi điện tử kớch thớch đơn (S1, S2,...) tồn tại một trạng thỏi bội ba T cú năng lượng thấp hơn một chỳt. Mỗi trạng thỏi điện tử bao gồm một tập hợp dày đặc nhiều mức dao động (đường nột liền) và nhiều mức quay (khụng vẽ trong hỡnh). Thụng thường khoảng cỏch giữa cỏc mức dao động từ 1400 ữ 1700 cm-1cũn khoảng cỏch giữa cỏc mức quay nhỏ hơn hai bậc. Do va chạm liờn kết nội phõn tử và tương tỏc tĩnh điện với phõn tử lõn cận trong dung mụi mà vạch dao động được mở rộng. Cỏc mức quay thỡ luụn mở rộng do va chạm nờn dịch chuyển điện tử ở nhiệt độ phũng sẽ cho cỏc phổ băng rộng. Ở nhiệt độ phũng khi chưa bị
kớch thớch cỏc phõn tử chủ yếu nằm ở trạng thỏi dao động cơ bản S00 theo phõn bố Boltzmann.
Hỡnh 1.3. Cấu trỳc mức năng lượng và chuyển dời quang học của phõn tử màu
Xột tương tỏc của phõn tử chất màu với trường điện từ bờn ngoài và theo quy tắc chọn lọc spin, những dịch chuyển giữa cỏc trạng thỏi đơn là được phộp, cũn dịch chuyển giữa những trạng thỏi đơn và bộ ba là bị cấm. Hỡnh 1.3 mụ tả cỏc chuyển dời chủ yếu của phõn tử màu, trong đú cỏc mũi tờn nột liền biểu diễn cỏc chuyển dời quang học, cỏc mũi tờn nột đứt biểu diễn cỏc chuyển dời phi quang học. Như vậy, nhờ bơm quang học cỏc phõn tử chất màu cú thể chuyển từ trạng thỏi cơ bản S0 lờn trạng thỏi cú mức năng lượng cao hơn S1v của trạng thỏi điện tử kớch thớch S1. Ở trạng thỏi này cỏc điện tử nhanh chúng (trong khoảng 10-11 s) hồi phục khụng bức xạ xuống mức dao động thấp nhất S10. Trạng thỏi kớch thớch S10 cú thời gian sống tương đối lõu (từ 10-9- 10-8s). Sự hồi phục bức xạ từ S10 → S0v được gọi là huỳnh quang.
Trạng thỏi bội ba T1 là trạng thỏi siờu bền (thời gian sống cỡ 10-7s đến 10-6
s), nằm thấp hơn so với cỏc mức điện tử kớch thớch. Sự hồi phục bức xạ từ T1 → S0ν
được gọi là lõn quang.
Bờn cạnh cỏc dịch chuyển bức xạ cũn cú dịch chuyển khụng bức xạ. Cỏc quỏ trỡnh dịch chuyển khụng bức xạ bao gồm sự tớch thoỏt giữa cỏc trạng thỏi cựng bội: singlet-singlet, triplet-triplet, gọi là sự dịch chuyển nội (internal conversion) và dịch chuyển khụng bức xạ giữa cỏc trạng thỏi bội: singlet-triplet, gọi là dịch chuyển do
ν 2 1 0 ν 2 1 0 Hấp thụ Huỳnh quang T1 τi≈ ns τn≈ ps T2 S2 S1 Lõn quang S0
tương tỏc chộo nhau giữa cỏc hệ (intersystem crossing). Sự dịch chuyển nội từ S2
(hoặc từ trạng thỏi đơn kớch thớch cao hơn) về S1xảy ra rất nhanh cỡ 10-11
s.