蛍光体はどのように機能するのでしょうか?
蛍光色素または蛍光分子としても知られる蛍光体は、光励起により光を再放射できる分子の一種です。蛍光体の仕組みを詳しく説明します。
励起
- 蛍光体が特定の波長の光子（光エネルギー）を吸収すると、励起状態になります。これは、蛍光体の電子が基底状態からより高いエネルギーの励起状態へと上昇することを意味します。
波長はどれくらいですか？
光波の 2 つの連続するピーク間の距離。これによって私たちが見る光の色が決まります。
- 波長が短い: エネルギーが高く、青色または紫色の光として見られることが多い。
- 波長が長い: エネルギーが低く、赤色またはオレンジ色の光として見えることが多い。
励起状態の寿命
- 励起状態は安定していないため、蛍光体がこの状態にある時間は非常に短い時間 (通常はナノ秒) です。この期間中、吸収されたエネルギーの一部は熱として、または他の非放射プロセスによって失われます。
排出
- 残りのエネルギーは、電子が基底状態に戻るときに光子として放出されます。励起状態の寿命中にエネルギーが失われるため、放出された光は吸収された光よりも波長が長くなります (エネルギーが低くなります)。この現象はストークス シフトとして知られています。
波長とエネルギー
光の波長が長いほど、エネルギーは低くなります。この関係は、E=hcλE=λhc という式で表されます。
- EEは光子のエネルギーであり、
- hhはプランク定数（6.626×10−34 J⋅s6.626×10−34J⋅s）であり、
- ccは光の速度（3×108 m/s3×108m/s）です。
- λλは光の波長です。
この式から、エネルギー EE は波長 λλ に反比例することがわかります。したがって、波長が長くなると、エネルギーは減少します。逆に、波長が短いほど、エネルギーは高くなります。
この原理は蛍光を理解する上で基本的なものです。蛍光体から放出される光は、励起状態の間にエネルギー損失が発生するため、吸収される光よりも波長が長くなり（したがってエネルギーが低くなる）、通常は吸収される光よりも波長が長くなります。
蛍光
- 放出された光は、蛍光として観察されます。吸収された光と放出された光の特定の波長は、特定の蛍光体の特性であり、異なる蛍光体の識別と区別を可能にします。
蛍光体の主な特性
- 励起スペクトルと発光スペクトル: 各蛍光体には、光を吸収 (励起) し、光を放出 (発光) する特定の波長があります。
- 量子収率: これは、放出された光子の数と吸収された光子の数の比率です。量子収率が高いほど、蛍光の効率が高くなります。
- 光安定性: これは、蛍光体の光退色 (光への長時間の露出による蛍光の消失) に対する耐性を指します。
- 明るさ: これは放出される蛍光の強度の尺度であり、吸光係数 (蛍光体が光を吸収する程度) と量子収量の積によって決定されます。
アプリケーション
蛍光体は、蛍光顕微鏡、フローサイトメトリー、蛍光共鳴エネルギー移動 (FRET) などのさまざまな生物学および医学の用途で広く使用され、分子レベルおよび細胞レベルでの生物学的構造とプロセスを研究します。
重要なポイント
- 蛍光体は短い波長を吸収し、長い波長を放出する。
- 反応は超高速で、通常は蛍光体を同時に励起する必要があります。
- 蛍光体は通常、発する色で名前が付けられます。（ただし、必要な励起光を指定する方がよいでしょう）
- 蛍光体スペクトルはそれぞれ異なっている