友達の話で耳に挟んだのですが、ある物質の蛍光スペクトルをとるときに液体窒素で冷却しながらとる、みたいなこと聞きました。

そういうことってあるんですか?

どうしてわざわざ冷やすんでしょうか?

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A 回答 (2件)

蛍光スペクトルをとる「目的」によって、スペクトルをとる(分光する)ときの最適な条件は違ってきます。

例えば、もし「発光デバイ
ス」の開発をしていて、蛍光スペクトルを測定するなら、液体窒素などで低温にしても意味が無い場合が多いのです。なぜなら、わざ
わざ冷やさないと使えない発光デバイスを開発しても仕方ないからです。ユーザーは、室温において正常に動作するデバイスを望むで
しょうから。しかし、例えばアカデミックな研究でよくあるのですが、蛍光スペクトルを測定することによって物質のミクロな性質の
情報を引き出すことができます。そのようなときは、低温で測ることがしばしば行われます。それでは、詳しく説明しましょう。

蛍光は色々な種類がありますが、ここでは「物質中の電子のエネルギー状態の遷移による蛍光」を例にして考えたいと思います。
固体中の電子の振る舞いは、原子核に束縛されている場合や、中を自由電子としてウロウロさまよっている場合など、色々なケースが
ありますが、とにかく簡単に言ってしまえば、固体中には色々なエネルギーをもった電子が多数存在しています。蛍光は、固体中のあ
る高いエネルギーの電子が、低いエネルギーに移るときに、その差に相当するエネルギーを、「光」という形で外部に放出する現象の
1つです。したがって、蛍光スペクトルには、電子のエネルギー状態を反映したミクロな情報があるわけです。
ところで、蛍光スペクトルから電子に関するミクロな情報を引き出すときに、蛍光スペクトルの「ピーク波長(エネルギー)」や「ピー
クの幅」が重要な情報源となります。ところが、もし高温で蛍光スペクトルを測ると、原子の熱運動などの「余計な情報」が付加され
ます。これはいわば、電子の振る舞いに「乱雑さ」を与えているようなもので、一般に蛍光スペクトルはブロードな(横に伸びた)形
状になります。電子のエネルギー状態を精密に知りたいときは、温度が高いことで生まれる色々な効果をできるだけ排除し、シャープ
なスペクトル形状にする方が解析がしやすいわけです。そこで、蛍光スペクトルの測定では、低温にして原子の熱運動などを静め、電
子の振る舞いだけを取り出せるような環境をつくることが多いのです。
液体窒素の温度は、約77K(-196℃)ですが、これでもまだ高温でスペクトルから情報を得にくいときは、例えば液体ヘリウムを用いる
場合があります。その温度は約4K(-269℃)です。

電子の振る舞いのようなミクロな現象は、量子力学という物理分野で記述されます。
       「低温の世界の方が量子力学的効果を見やすい」
ということが一般に言えるでしょう。超伝導や超流動などの20世紀の画期的な発見は、低温をつくり出す技術があって初めて成し得た
ことなのです。蛍光という現象も、量子力学の範囲ですから、同じことが言えます。
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この回答へのお礼

詳しい解説どうもありがとうございます。

奥深い理由があるんですね。

お礼日時:2002/01/25 20:26

 サンプルを冷やすのでしょうか? それとも装置を冷やすのでしょうか? サンプルを冷やす理由は,そのサンプルに固有な物理的意味があると思いますので,一般例として一概に言うことはできないと思います。

一方,装置を冷やす場合の理由は簡単です。光を検出する光電子増倍管は,高感度化のために液体窒素で冷やすことがあります。
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この回答へのお礼

サンプルを冷却するものとばかり思ってましたが、装置も冷却することがあるのですね。

ありがとうございました。

お礼日時:2002/01/25 22:32

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私はリン脂質水溶液に蛍光物質を混ぜた試料の蛍光スペクトル測定を行っています。

リン脂質は温度・圧力によって状態が変化します。私は温度を一定に保ち、試料に圧力をかけながら蛍光スペクトル測定を行っています。この実験では、リン脂質の状態変化に伴って、蛍光極大波長が変化します。それに伴って蛍光強度も変化します。

圧力または温度を上げていくことで、リン脂質の状態がA→B→Cと変化すれば、それに伴って蛍光極大波長もa→b→cと変化します。蛍光強度もα→β→γと変化します。それぞれリン脂質の状態に特有のものです。

なぜ、リン脂質の状態によって蛍光強度が変化するのでしょうか?蛍光極大波長が変化する理由は分かるのですが、蛍光強度が変化する理由が分かりません。

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電子の全てが蛍光を放つ形で基底状態に戻るわけではありません。

つまり、「基底状態」と「励起状態」の間を一気に戻るのではなく、
その中間にあるエネルギー状態を経由して電子が徐々に基底状態に
戻った場合は、その電子分の蛍光は発生しません。
(「ある分子から励起した電子は蛍光を発したが、その隣の分子では
 熱振動に変換された」という場合がある、ということです)

このため、状態変化により、中間状態に移行する確率が変われば
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Q液体窒素で、窒素を冷却するとどうなるか?

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発光スペクトルと蛍光スペクトルの違いがわかりません。
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http://oshiete.goo.ne.jp/qa/6654480.html
回答#1によると腕時計の弱った蓄光剤を補修するキットがあります。

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QHPLCの蛍光検出器

HPLCの蛍光検出器で蛍光を出さない多くの物質について蛍光誘導体を作ることができるそうですが、これはどのような操作をすればいいのでしょうか?またHPLCで蛍光検出器を使用することについての長所と短所を教えてください。

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>HPLC の蛍光検出器で蛍光を出さない多くの物質について蛍光誘導体を作ることができるそうです
この文章意味不明なんですが。と言うのは、後段の

>HPLC で蛍光検出器を使用することについての長所と短所
から答えて方がわかりやすいので、こちらから行きます。

蛍光検出器、とは文字通り、蛍光を検出するものです。何の処理をしなくても蛍光を発する物質もないことはないですが、ある特定の化学構造があると、一定の波長の光を当てると、蛍光 (別の波長の光) を出す現象は、よく知られています。これを応用したものが、蛍光検出器で、HPLC からの Eluent を Flow Cell に連続的に流し、ここへ励起光を照射、生じる蛍光を測定します。蛍光の測定原理は、一般的な UV と同様です (尤も UV は吸収なので、ある意味逆ですが、強度の測定、と言う意味では一緒です)。そこで、UV では、非特異的吸収の測定になるため、Interference の存在を排除するための、前処理、HPLC Condition の設定が、非常に難しいことがありますが、蛍光の場合は、特異的に蛍光を出すことになるので、Interference の影響がかなり緩和されます。また、強度の関係で、測定感度が上がる、という Merit もあります。

一方、物質自体が蛍光を発することが少ないので、蛍光物質と言う特定の化学構造を持つ物質 (誘導化物質) を付加する必要があり、この作業を誘導体化、出来上がった物質を誘導体と言います。この処理は、HPLC で分析する以前に行ない、過剰量加えて誘導化物質、誘導体化する条件を設定するために加えた物質等をある程度は除去する必要もあり、この前処理が、複雑すること、どうしても HPLC にかける状態の Sample 中の Interference が、多の分析法に比べ多くなるために、Column の劣化を早める傾向がある、などの短所があります。

また、適切な誘導体化の条件を設定するにも、かなりの時間を要することもあります。

ちょっと特殊な例ですが、強アルカリ条件下では蛍光を発する物質の測定を行なったときは、HPLC 本体、Cloumn には強アルカリは流せませんから、Post Column で強アルカリを加え、蛍光検出器に誘導したこともありますが、測定終了後直ちに Line を洗浄する要があり、そのために System を構築したこともあります。

ということで、冒頭へ戻りますが、蛍光検出器で蛍光誘導体を作ることはできません。多くの物質かどうかは知りませんが、蛍光標識を付加できる物質、例えば -NH2 に対する OPA などは、成書に多数掲載されていますから、この位のことは、御自分でお調べください。Text 形式のここに書き出すのも大変ですから。そこには、誘導体化の一般的方法も併記されている筈です。

>HPLC の蛍光検出器で蛍光を出さない多くの物質について蛍光誘導体を作ることができるそうです
この文章意味不明なんですが。と言うのは、後段の

>HPLC で蛍光検出器を使用することについての長所と短所
から答えて方がわかりやすいので、こちらから行きます。

蛍光検出器、とは文字通り、蛍光を検出するものです。何の処理をしなくても蛍光を発する物質もないことはないですが、ある特定の化学構造があると、一定の波長の光を当てると、蛍光 (別の波長の光) を出す現象は、よく知られています。これを...続きを読む

Q蛍光スペクトル測定で倍波を検出してしまう理由がわかりません

研究で蛍光スペクトル測定をしているのですが、その際に励起光を300nmとすると600nmや900nm(弱い強度ですが450nmにも?)の蛍光が検出されます。

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なぜこの様なことが起こるのかを教えていただきたいです。

Aベストアンサー

その光は蛍光ではなく散乱光でしょう.
しかも,実際にはその波長の光が出ているわけではありません.600nm や 900nm で検出されているのは,300nm の光です.
蛍光分光装置では,検出系にも回折格子が使われており,回折格子である以上,(Bragg の式と同様の) 回折条件を満たした光が検出されます.
n=1 の 600nm における回折条件は,同時に n=2 の 300nm と同じであり,そのために 300nm の光は 600nm の位置でも検出されてしまうのです.900nm も同じです.
600nm を検出光に設定して,励起スペクトルでも取ってみるといいかも.
なお,ふつうの意味での非線形光学効果によるものなら,300nm の励起に対して,150nm とかの光が出てくる (周波数で2倍とかの光が出てくるのだから) ので,#1 の回答は本質的に誤解です.

Q水晶の蛍光性について

題名の通りなのですが、天然の水晶には蛍光性があるものなのでしょうか。ガラスには蛍光性があり、水晶には蛍光性が無い。とか、水晶でも物によって蛍光性があったり無かったりするものなのでしょうか。どうか教えてください。

Aベストアンサー

水晶の鑑定法のひとつに蛍光の有無で判定する方法があります。
ガラスでも石英ガラスは蛍光がありません。
しかしながら、人工水晶の蛍光は不明です。

参考URL:http://www.moonmadness.jp/suisho.html

Q蛍光スペクトル

蛍光スペクトルと励起スペクトルについて教えてください

励起光の波長を変化させて蛍光の波長を固定して測定したものが励起スペクトルで、励起光を固定して蛍光の波長を測定したものが蛍光スペクトルだというのはわかるのですが、2つがどういうものかということがよくわかりません。

教科書のスペクトルと見ると、横軸は波数で蛍光の波長だと、わかるのですが、励起光の波長はどこに表されているのでしょうか?

またどうして励起スペクトルと蛍光スペクトルが鏡像関係にあるのかもわかりません。

あまり難しい言葉や数式は使わずわかりやすく回答してもらえれば幸いです。

Aベストアンサー

#1さんの説明の通りですが、いくらか、図などがあった方がわかりやすいかもしれませんので、参考URLにgoogleで出て来たページを紹介します。ページ中程にあるJablonski Diagramの左側が蛍光について示した物です。以下、おそらく溶液の蛍光についての質問であると予想して、述べます。

さて、蛍光の過程について述べますと、蛍光とは図にある青の矢印に対応する励起光を分子が吸収します。その後、図では黒色の矢印で示された光を発しない緩和過程(溶媒などに熱エネルギー等の形でエネルギーを渡し、エネルギーの低い状態へ移動する)を経て励起状態振動基底状態へ移動します。そして、図では緑の矢印で示されている蛍光が発光します。

質問者様のおっしゃる励起スペクトルはこの青色の矢印の波長を変えながら緑色の矢印すべてひっくるめた蛍光全体の強度を測ります。このとき、電子励起状態の振動基底状態や振動励起状態(図では太い横線が各電子状態の振動基底状態を示し、その上の細い横線がその電子状態の振動励起状態を示しています。)へ励起されますので、励起光の波長は電子励起状態の各振動状態のエネルギーに対応したものとなります。溶液などでは、振動励起状態へ励起してもすぐにその電子状態の振動基底状態へ緩和されますので、緑の矢印全体の強度というのは、励起された分子の数に比例します。つまり、励起スペクトルは分子の吸収スペクトルに比例したようなスペクトルが得られるわけです。(もちろん、いろいろ例外はありますが)

さて一方、質問者様のおっしゃる蛍光スペクトルは緑色の矢印をさらに分光器などで分散させて矢印一本一本を別々の波長として観測するスペクトルです。つまり、波長は電子励起状態の振動基底状態から電子基底状態の振動励起状態のエネルギーに対応したものとなります。

蛍光スペクトルにおいて、励起光の波長がわからないと言うことですが、溶液などでは励起分子はすぐに電子励起振動基底状態へ緩和しますので、励起光の波長を変えて励起する分子の振動状態を変えても、蛍光スペクトルはすべて電子励起振動基底状態からのもので、波長とその強度比は変わりません(励起スペクトルのように全体の強度はかわりますが)。このような場合、励起光の波長を書かないことが多いです。

図でもわかるように、励起光の波長と蛍光発光の波長はは電子励起振動基底状態のエネルギーをはさんで、励起光は電子励起状態の振動エネルギーだけ高いエネルギー(短い波長)になり蛍光は電子基底状態の振動エネルギーだけ引いエネルギー(長い波長)になり、それぞれの振動エネルギー構造が似ていれば、鏡像のような形になることがわかります。

以上、「励起光が書いていない」ということから類推して、すべて溶液の蛍光測定と仮定してお答えしました。気体や分子線を使ったLIFではちょっと話がかわってきますので、その点はご留意ください。

参考URL:http://www.jp.jobinyvon.horiba.com/product_j/spex/principle/index.htm#01

#1さんの説明の通りですが、いくらか、図などがあった方がわかりやすいかもしれませんので、参考URLにgoogleで出て来たページを紹介します。ページ中程にあるJablonski Diagramの左側が蛍光について示した物です。以下、おそらく溶液の蛍光についての質問であると予想して、述べます。

さて、蛍光の過程について述べますと、蛍光とは図にある青の矢印に対応する励起光を分子が吸収します。その後、図では黒色の矢印で示された光を発しない緩和過程(溶媒などに熱エネルギー等の形でエネルギーを渡し、エネルギ...続きを読む


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