Innere Umwandlung
Innere Umwandlung (engl. internal conversion, „IC“) ist ein Begriff aus der Photochemie und der Spektroskopie. Er bezeichnet den isoenergetischen und daher strahlungslosen Übergang vom Schwingungsgrundzustand eines elektronisch angeregten Zustands (z. B. S1) in einen hoch angeregten Schwingungszustand des nächsttieferliegenden elektronischen Zustands (z. B. des elektronischen Grundzustands S0), ohne Änderung der Multiplizität (keine Spinumkehr).[1]
Wenn sich die Multiplizität ändert, handelt es sich dagegen um ein Intersystem Crossing:
| Multiplizität konstant | Multiplizität wird verändert (langsam, da "verboten") | ||
|---|---|---|---|
| unter Energieabgabe | mit Emission von Strahlung | Fluoreszenz z. B. $ S_{1}\rightarrow S_{0} $ |
Phosphoreszenz z. B. $ T_{1}\rightarrow S_{0} $ |
| strahlungslos | Schwingungs- bzw. vibronische Relaxation* z. B. $ S_{0}^{*}\rightarrow S_{0} $ und $ T_{1}^{*}\rightarrow T_{1} $ | ||
| Energie konstant | Innere Umwandlung z. B. $ S_{1}\rightarrow S_{0}^{*} $ |
Intersystem Crossing z. B. $ S_{1}\rightarrow T_{1}^{*} $ und $ T_{1}\rightarrow S_{0}^{*} $ | |
)* vom angeregten Schwingungszustand Sx* eines bestimmten elektronischen Zustands in den jeweiligen Schwingungsgrundzustand Sx
Innere Umwandlungen treten mit der größten Wahrscheinlichkeit in der Nähe von Schnittpunkten zweier Potentialkurven auf. Gehört die zweite Potentialkurve zu einem ungebundenen Kontinuumszustand, so tritt Dissoziation ein. Andernfalls erfolgt durch innere Umwandlung der Übergang in einen vibronisch angeregten Zustand, der anschließend, unter Energieabgabe durch Stöße mit umgebenden Teilchen (Schwingungsrelaxation), strahlungslos innerhalb von 10−12 Sekunden[1] in den Schwingungsgrundzustand des jeweiligen elektronischen Zustands übergeht.
Ist das Ausgangsniveau ein höher angeregter elektronischer Zustand (z. B. S4), so finden so lange hintereinander Innere Umwandlungen mit anschließender Schwingungsrelaxation statt, bis der tiefste elektronisch angeregte Zustand (S1) erreicht ist.[1] Da große Moleküle mehr Vibrationsmoden als kleine haben, ist bei ihnen die Wahrscheinlichkeit für einen solchen Übergang i. A. höher.
Eine Übersicht über die möglichen Übergänge gibt das nebenstehende Jabłoński-Schema.
Das Melanin der Haut und die DNA nutzen die innere Umwandlung, um die für den Organismus schädliche UV-Strahlung in unschädliche Wärme umzuwandeln. Diese ultraschnelle innere Umwandlung ist verantwortlich für den exzellenten UV-Schutz dieser großen natürlichen Moleküle.