光スペクトルおよび蛍光との関係

可視光スペクトル

可視スペクトルは、約400ナノメートル〜700ナノメートルの波長範囲の光で構成されています。短い波長の光波の方が、高い周波数および高いエネルギーを持っています。短い波長の光波の方が、低い周波数および低いエネルギーを持っています。

励起範囲と最大励起

励起した蛍光色素分子は、吸収する光よりも少ないエネルギーの光を放出します。従って、励起中に蛍光色素分子が吸収する光の色と、放出する色との間で、スペクトルに変化が生じます。

蛍光色素は広範囲の波長の光を吸収します　—　また全ての色素には独自の励起範囲があります。しかし、その範囲内の一部の波長は、他の波長よりも励起効果が大きいです。この波長の範囲が、蛍光色素分子の励起可能な範囲を示しています。従って、各蛍光色素には最も効果的に蛍光を誘発する特定の波長　—　最大励起　—　が存在します。

励起範囲の例。

特定の蛍光色素を含むチューブを仮定します。色素溶液で480ナノメートルの光を照らすと、一部の蛍光色素分子が励起します。しかしながら、ほとんどの分子はこの光の波長では励起しません。 励起波長を増加　—　例えば520ナノメートルに増加させると、より多くの分子が励起します。しかし、この波長では励起した分子の割合が最大ではありません。この色素では、550ナノメートルが他の波長の光よりも多くの蛍光色素分子を励起する波長です。550ナノメートルより長い波長では、蛍光色素分子は依然、エネルギーを吸収して発光しますが、その割合はまた少なくなります。 励起波長の範囲は、蛍光励起スペクトルの形で表すことができます。

要約すると、蛍光色素は広範囲の波長の光を吸収します　—　また全ての色素には独自の励起範囲があります。しかし、その範囲内の一部の波長は、他の波長よりも励起効果が大きいです。この波長の範囲が、蛍光色素分子の励起可能な範囲を示しています。 従って、各蛍光色素には最も効果的に蛍光を誘発する特定の波長　—　最大励起　—　が存在します。

発光範囲の例

ここで、最適な励起波長で励起した場合に蛍光色素分子から放出される光について説明します。 蛍光色素分子が幅広い波長を吸収するのと同様に、また幅広い波長の光も放出します。これらの発光現象に関連するエネルギー変化のスペクトルがあります。前述の色素溶液を550ナノメートルの最大励起で励起すると、幅広い範囲の波長の光が放出されます。励起寿命に起こり得る変化のため、それぞれの励起において異なる波長で分子が放出されますが、その放出はそれぞれ発光範囲内です。　

蛍光色素分子はすべて同じ強さの光を放出しますが、波長、つまり放出される光の色は均質ではありません。しかし全体的に、570ナノメートルで最もよく蛍光を発します。この発光波長の分布により、この蛍光色素分子の最大蛍光は570ナノメートルであると言えます。波長範囲は、蛍光スペクトルによって表されます。

蛍光についてのイントロダクションの要点：

1. 蛍光色素分子は、光エネルギーを吸収すると励起状態に達し、光エネルギーを放出する分子です
2. 励起、励起寿命、および蛍光発光の3段階のプロセスを蛍光と呼びます。
3. 蛍光色素分子は、幅広い波長の光エネルギーを吸収し、また幅広い波長を発光します。これらの範囲内で最大励起および最大蛍光が起こります。励起波長と蛍光波長が異なるため、吸収され放出された光は、可視スペクトル上で異なる色または領域として検出できます。