Диаграмма Яблонского представляет собой схематическое изображение энергетических уровней молекулы и переходов между ними под действием света или в результате безызлучательных процессов. Она является одним из наиболее удобных инструментов для анализа фотохимических процессов, так как наглядно демонстрирует возможные пути релаксации возбужденных состояний и их взаимосвязь.
Молекула в основном состоянии обозначается как S₀ (singlet ground state). При поглощении фотона молекула переходит на более высокий электронный уровень — обычно это возбужденное синглетное состояние (S₁, S₂, S₃ и т. д.). Синглетные состояния характеризуются противоположными спинами электронов, что делает их энергетически выгодными и кратковременными.
Помимо синглетных уровней, молекулы обладают и триплетными состояниями (T₁, T₂ и т. д.), в которых спины двух электронов параллельны. Переход из синглетного в триплетное состояние возможен через процесс межсистемной конверсии, называемой intersystem crossing (ISC). Триплетные состояния имеют более низкую энергию по сравнению с синглетными возбуждёнными состояниями, но характеризуются значительно большей длительностью жизни.
Поглощение фотона сопровождается вертикальным переходом электрона с уровня S₀ на один из уровней S₁, S₂ и выше, согласно правилам Франка–Кондона. Переход происходит практически мгновенно (около 10⁻¹⁵ с), поэтому ядерные координаты молекулы за это время не успевают измениться.
После возбуждения на высокий синглетный уровень (S₂, S₃ и выше) молекула быстро (10⁻¹²–10⁻¹⁰ с) переходит на ближайший более низкий синглетный уровень за счёт внутренней конверсии (IC). В результате энергия теряется в виде тепла, и молекула оказывается на нижнем возбужденном синглетном уровне S₁, который является ключевым для большинства фотохимических процессов.
Возврат молекулы из возбужденного синглетного состояния S₁ в основное S₀ может сопровождаться излучением фотона. Этот процесс называется флуоресценцией. Его характерные времена составляют 10⁻⁹–10⁻⁷ с. Спектр флуоресценции, как правило, смещён в длинноволновую область относительно спектра поглощения, что объясняется правилом Стокса.
Возбужденная молекула может перейти из состояния S₁ в триплетное T₁. Этот процесс межсистемной конверсии связан с изменением спинового состояния и поэтому относительно медленный. В триплетном состоянии молекула может оставаться значительно дольше, чем в синглетном. Возврат из T₁ в основное состояние S₀ возможен с испусканием фотона — это явление называется фосфоресценцией. Фосфоресценция характеризуется длительными временами жизни (от миллисекунд до секунд и более).
Кроме излучательных переходов, на диаграмме Яблонского показываются и безызлучательные пути релаксации:
Энергия, накопленная молекулой во время нахождения в состоянии S₁ или T₁, может использоваться не только для излучательных процессов, но и для химических реакций. Среди них:
Диаграмма Яблонского позволяет визуально отразить конкурирующие пути релаксации и реакций. Она помогает определить вероятности различных процессов, времена жизни возбужденных состояний и условия, при которых молекула будет излучать свет или вступать в фотохимическую реакцию. Этот инструмент лежит в основе интерпретации спектроскопических данных и проектирования фотохимических систем.