蛍光と波長の原理

蛍光は光エネルギーによるものです

蛍光分子は定義上、ある色（波長）の光を吸収し別の色の光を放出します。この色の差をストークスシフトと呼びます。蛍光顕微鏡で使用されるカメラは、人の目には見えない波長のシグナルも検出できます。

波長、エネルギーと蛍光および蛍光色との関係、スペクトルなど、蛍光を定義する物理的性質についてご覧ください。

蛍光観察の光は、人の目に見える範囲を超えています。一般的な 蛍光顕微鏡 において、発光された光を収集する CCDカメラ は、人間の目よりも検出レンジが広いため、可視外の光を使用しても問題にはなりません。実用的には、細胞生物学用の観察に用いられる波長は通常300～800 nmの範囲にあります。

図 2. 人の目と比較した、CCDカメラの光検出レンジおよび効率。

 蛍光の特徴とは何でしょうか？蛍光とは、ある物体が、ある波長の光を吸収し、それとは違う波長の光を放出する物理的な性質のことを指します。 ある分子がある波長の光を吸収し、それとは違う波長の光（すなわち蛍光）を発する場合、この分子のことを 蛍光物質と呼びます。通常、蛍光物質が放出する波長は、吸収した光よりも低エネルギーであり、これは簡単に言うと青色の光を吸収して緑色の光を発する、または緑色の光を吸収して赤色光を発する、ということです。

さらに詳しく： "蛍光入門"を見る

図 3. 可視スペクトラムにおける、エネルギーと波長の逆相関。

図 4. 簡略化したヤブロンスキー図で、蛍光発光の際に蛍光物質が持つ電子のエネルギー状態が変化する様子を、色の変化に対応させて表しています。

蛍光シグナルが生じる仕組み

蛍光の仕組みをより深く理解するためには、光を構成するエネルギー・パケットである光子について考察する必要があります。光子が持つエネルギーの大きさによって、光の色、物理的な用語でいうと 波長が決まります。光（または 光子）が蛍光物質に衝突すると、そのエネルギーは蛍光物質の電子に移動します。 電子は 励起状態になりますが、ただちに余剰のエネルギーを失います。このエネルギー損失の結果、光子の 放出 が起こりますが、この光子は元の光子よりも低いエネルギーを持っているため、より長い 波長 であり、異なる色を呈します。この放出された光子が、蛍光観察実験においてデータとして収集するべきシグナルです。