Переходы между возбужденными состояниями хлорофилла

Рис. 2.7. Переходы между возбужденными состояниями хлорофилла после поглощения кванта красного и синего света

Таким образом, для хлорофилла характерны два основных возбужденных синглетных состояний, которые значительно отличаются по энергии. Одно из этих состояний может быть возбуждено с помощью красного света, например с длиной волны 680 нм. Второе такое состояние обладает большей энергией и возбуждается синим светом (например, 430 нм).

Вероятность возбуждения синглетного основного состояния до уровня возбужденного триплетного состояния обычно составляет только около 10–5 вероятности перехода в возбужденное синглетное состояние. При переходе от основного синглетного состояния до триплетного должна значительно увеличиваться энергия электрона и одновременно измениться ориентация его спина. Так как совпадение этих двух явлений маловероятно, очень малое количество молекул хлорофилла в результате поглощения света непосредственно возбуждаются с основного состояния до триплетного.

Время нахождения электрона на верхнем уровне, в возбужденном состоянии очень мало. При возвращении из возбужденного в основное состояние энергия может выделяться в виде тепла, в виде света (флуоресценция, фосфоресценция), затрачиваться на фотохимическую работу или передаваться другим молекулам, которые перейдут, в свою очередь, в возбужденное состояние.

Флуоресценция – явление, при котором вещество поглощает некоторые из падающих на него лучей и превращает их в лучи с более длинными волнами. Если источник света убрать, флуоресценция прекратиться.

Часть поглощаемой энергии может высвечиваться, например хлорофилл высвечивает в виде красного света, хлорофилл флуоресцирует вишневым цветом. Это доказывает, что часть поглощенной пигментом энергии не используется на фотосинтез, а выделяется снова с изменением длины волны. Флюоресценция тем сильнее, чем меньше поглощенной энергии света используется на фотосинтез.

Фосфоресценция в отличие от флюоресценции представляет собой выделение света с большим периодом времени затухания, что объясняется необходимостью поворота спина и вследствии этого большей протяженностью самого возбужденного состояния.

Поглотив квант синего света, электрон выделяет часть энергии в виде тепла, и переходит со второго в первое возбужденное синглетное состояние. Поэтому поглощение света в синей и красной областях спектра дает одинаковый спектр выделения флуоресценции (раствор флуоресцирует вишневым цветом независимо от того, какие кванты – синие или красные – поглотили пигменты) и выполняется одинаковое количество фотохимической работы.

Раствор пигментов флуоресцирует в 10 раз сильнее, чем живой лист, потому что в листе энергия растрачивается на фотохимическую работу, а в растворе нет.

Фотохимическая работа представляет собой перенос электронов против градиента потенциала, от вещества с большим положительным потенциалом до вещества с более отрицательным потенциалом. Более подробно о фотохимической работе мы поговорим позднее.