Biophysics · 10.10

発光寿命

Luminescence lifetime

🧠 発光寿命luminescence lifetime発光寿命（luminescence lifetime）luminescence lifetime（発光寿命）は、励起状態がどれだけ長く存在するかを表し、強度の絶対値とは別の時間情報を与える。

単一指数減衰

短いパルスで励起した後、単一種類の状態が一次過程で失活するなら、発光強度は

I(t)=I_0e^{-t/\tau}

と減衰する。 $\tau$ は $I_0/e$ まで低下する時間であり、半分になる時間ではない。

速度定数との関係

放射・無放射過程の速度定数rate constant速度定数（rate constant）rate constant（速度定数）を合計すると、

\tau=\frac{1}{k_f+\sum k_{nr}}

である。無放射失活が増えると寿命が短くなり、量子収率も変化する。複数の発光種や環境が混在すれば、減衰は多指数となり単一の $\tau$ では表せない。

寿命計測の利点

強度は濃度、励起光excitation light励起光（excitation light）excitation light（励起光）量、光路に左右されるが、寿命は同じ発光種ならこれらの単純な倍率に比較的影響されにくい。酸素、pH、イオン結合ionic bondイオン結合（ionic bond）ionic bond（イオン結合）などが失活速度を変えるため、蛍光寿命イメージングや環境センサーに使われる。スペクトル情報との違いは発光スペクトルemission spectrum発光スペクトル（emission spectrum）emission spectrum（発光スペクトル）で整理する。

まとめ

発光寿命luminescence lifetime発光寿命（luminescence lifetime）luminescence lifetime（発光寿命）は励起状態または強度が $1/e$ へ減衰する時間である。
寿命は全失活速度定数rate constant速度定数（rate constant）rate constant（速度定数）の逆数である。
多成分系では単一指数を仮定できず、寿命分布の解釈が必要になる。