Biophysics · 10.09

発光の量子収率

Quantum yield of luminescence

🧠 発光量子収率luminescence quantum yield発光量子収率（luminescence quantum yield）luminescence quantum yield（発光量子収率）は、吸収された光子のうち発光光子として戻った割合であり、励起状態の分岐比を表す。

光子数で定義する効率

蛍光量子収率 $\Phi_F$ は、

\Phi_F=\frac{N_{emitted}}{N_{absorbed}}

で定義され、通常0から1の範囲をとる。入射光子ではなく吸収された光子が分母であるため、吸光度absorbance吸光度（absorbance）absorbance（吸光度）の異なる試料を単純に発光強度だけで比較できない。

速度定数による表現

放射速度定数rate constant速度定数（rate constant）rate constant（速度定数） $k_f$ と、内部転換internal conversion内部転換（internal conversion）internal conversion（内部転換）・項間交差intersystem crossing項間交差（intersystem crossing）intersystem crossing（項間交差）・消光quenching消光（quenching）quenching（消光）などの無放射速度定数rate constant速度定数（rate constant）rate constant（速度定数） $k_{nr}$ が一次過程なら、

\Phi_F=\frac{k_f}{k_f+\sum k_{nr}}

となる。無放射経路が速くなれば量子収率は下がる。同じ速度定数rate constant速度定数（rate constant）rate constant（速度定数）の和は発光寿命luminescence lifetime発光寿命（luminescence lifetime）luminescence lifetime（発光寿命）も決める。

明るさとの違い

量子収率が高い色素は蛍光標識fluorescent label蛍光標識（fluorescent label）fluorescent label（蛍光標識）に有利だが、実測強度は色素濃度、吸収断面積、励起光excitation light励起光（excitation light）excitation light（励起光）強度、光学系、検出器感度にも依存する。装置応答を補正して初めて試料間の比較ができる。

まとめ

量子収率は吸収光子数に対する放出光子数の比である。
放射経路と無放射経路の速度競合で決まる。
高量子収率と高い観測強度は同義ではない。