分光蛍光光度計の基礎（1） 蛍光とは?

物質には、エネルギーを吸収するとそのエネルギーを光で放出するものがあります。この発光現象を、一般にルミネッセンスと言います。ルミネッセンスは、表1で示すように様々な種類があります。蛍光は、光（紫外・可視光）のエネルギーを吸収し発光するフォトルミネッセンスの一種です。

光はE＝hν（E: エネルギー、h: プランク定数、ν: 振動数）で表されるエネルギーを持っています。光が物質にあたるとき、光の持つエネルギーが物質に吸収される場合があります。エネルギーの吸収により、安定なエネルギー状態（基底状態）にあった物質は、一時的に高いエネルギー状態（励起状態）になります。そして、物質はエネルギーを放出し、安定な基底状態に戻ろうとします。このとき、差分のエネルギーを熱などではなく、光として放出する現象のことを発光といいます（図1）。多くの物質では、吸収したエネルギーの一部を熱エネルギーとして放出するため、吸収した光よりも長波長の光を生じます。

光刺激による発光には、蛍光とりん光があります。蛍光では、吸収したエネルギーの一部は熱として放出し、残りのエネルギーを光として放出します。りん光の場合も同様に熱を放出します。この際、項間交差が起こり、すぐに基底状態に戻れず、ゆっくりと発光し続ける現象がりん光です。大抵の場合、蛍光はナノ秒オーダー、りん光はマイクロからミリ秒オーダーで発光します。ここで、項間交差について説明します。紫外、可視光を物質が吸収する場合、電子遷移を生じます。この電子にはスピンの向きがあり、二つの電子が逆向きで存在するという決まり（パウリの排他原理）があります。通常の励起ではスピンの向きは逆向きのままですが、項間交差が起こるとスピンが同じ向きになり、そのままでは基底状態に戻れません。そのため、基底状態に戻るのに時間がかかります。