7.1.3.1. Định luật quang húa và hiệu suất lượng tử
Quỏ trỡnh quang húa trong cỏc chất tuõn thủđịnh luật sau:
a. Phản ứng quang húa chỉ xảy ra khi phõn tử hấp thụ ỏnh sỏng cú năng lượng của photon đủ lớn
b. Mỗi phõn tử hoặc nguyờn tử chỉ hấp thụ 1 photon lượng tử và chỉ phõn tử hoặc nguyờn tửđú trở nờn trạng thỏi kớch thớch.
c. Sự phõn bố ở trạng thỏi kớch thớch Excited Singlet state hay
Triplet state của phõn tử hoặc nguyờn tử sau khi hấp thụ photon lượng tử cú một xỏc suất nhất định.
d. Thời gian sống ở trạng thỏi kớch thớch S1 là ngắn nhất khoảng 10-10-10-7giõy. Thời gian sống ở trạng thỏi T1 là rất dài, đến 10-
3 cú trường hợp đến hàng giõy. Vỡ vậy, phản ứng quang húa đại bộ phận chỉ xảy ra ở trạng thỏi kớch thớch Triplet.
Hiệu suất lượng tử (Quantum yield):
Hiệu suất lượng tử là đại lượng cho biết hiệu quả của quỏ trỡnh quang húa. Nú được tớnh bởi tỷ số giữa số phõn tử trong hệ chiếu xạ
tham gia phản ứng (No.of molecules reacting in a particular process) và số lượng photon hấp thụ trong hệ (No. of quanta absorbed by the system in unit time) theo cụng thức sau:
Φ = unit time in system by the absorbed quanta No.of process particular a in reacting molecules No.of
Hiệu suất lượng tử là giỏ trị quan trọng để xỏc định cơ chế phản
ứng và lộ trỡnh phản ứng quang húa:
Nếu Φ = 1 tất cả photon lượng tử hấp thụđều tham gia phản ứng. Nếu Φ> 1 phản ứng dõy chuyền xảy ra.
7.1.3.2. Cỏc hỡnh thức phỏt quang và phản ứng quang húa
a. Phỏt huỳnh quang (Fluorescence):
Trong quỏ trỡnh phản ứng quang húa xảy ra sau khi phõn tử hấp thụ photon lượng tử, bao gồm giai đoạn chuyển vị điện tử từ trạng thỏi cơ bản lờn trạng thỏi hoạt húa Singlet S1. Đại bộ phận những phõn tử hoạt húa này giải phúng năng lượng và điện tử trở về trạng thỏi ban đầu. Tuy nhiờn, tựy theo cấu tạo của phõn tử và điều kiện của phản ứng, thời gian tồn tại ở trạng thỏi kớch thớch S1 cú thể dài hơn. Ở
trạng thỏi kớch thớch Singlet, phõn tử cú thể tham gia phản ứng quang húa hoặc trở về trạng thỏi cơ bản khi đó truyền năng lượng quang cho phõn tử khỏc, tạo thành hợp chất trung gian như Radical, ion tự do hay phỏt huỳnh quang (Fluorescence). Quỏ trỡnh truyền năng lượng theo S0→S1, S0→S2 hoặc chuyển T1→T2 dễ xảy ra hơn so với quỏ trỡnh truyền năng lượng từ S→T hoặc T→ S vỡ hai quỏ trỡnh sau cú thay đổi spin điện tử. Quỏ trỡnh quay trở lại trạng thỏi cơ bản của điện tử từ Singlet và phỏt huỳnh quang (Fluorescence), như hỡnh 214:
Hỡnh 214: Quỏ trỡnh phỏt huỳnh quang trong phõn tử hữu cơ
b. Phỏt lõn quang (Phosphorescence):
Đõy là quỏ trỡnh truyền năng lượng từ Singlet sang Treplet. Ở
ứng quang húa hoặc phỏt lõn quang trở vềtrạng thỏi cơ bản ban đầu. Như hỡnh 215.
Hỡnh 215: Quỏ trỡnh phỏt lõn quang trong phõn tử hữu cơ
Thời gian sống của Fluorenscence rất ngắn, chỉ khoảng μsec – nsec. Thời gian sống của Phophorenscence dài hơn, khoảng Sec- μSec, như hỡnh 216.
Hỡnh 216: Thời gian sống của Fluorescence và Phosphorescence