教えてください、お願いします。

質問

偏光蛍光のことについて教えていただきたいのですが・・・

特に、偏光度に関して解りません。

どなたか、宜しくお願いします。

回答No.2

starflora

蛍光偏光のことなら、簡単に説明すれば、蛍光物質（分子等）は、偏光が入射されると、これを吸収し、安定状態な場合は、入射偏光と同じ「偏光平面」で、偏光蛍光を放射するという現象です。

　　偏光とは、普通、光は、その進行方向と垂直な平面（法面）において、様々な方向に電磁波が振動しているのですが、偏光板のような特殊な物質の板を通過させると、或る特定方向の振動以外の光は吸収され、結果的に、特定の方向にだけ振動する電磁波（光）が出てくることで、このように、振動方向が特定の方向だけの光を、「偏光」と呼ぶのです。

　　（光は電磁場の振動で、進行方向の経路で見ると、電場が正弦曲線の形に振動しているのです。この時、電場の振動面と丁度９０度回転した面で、磁場が、やはり正弦波の振動を行っています。この電場と磁場の互いに垂直になっている振動が光で、普通の光は、電場が振動している面が、光の進行方向に対し垂直な面で３６０度の角度全体で振動しています。この光のなかで、或る特定の振動面の電場＋磁場を選んで、他を吸収すると、「偏光」ができるのです）。

　　蛍光偏光は、蛍光物質が、偏光を受け取ると、それと同じ平面で振動する偏光蛍光を外に向かって放射するという現象です。

　　しかし、考えれば分かるのですが、もし、蛍光物質（分子）が、偏光を受け取り、吸収した後、励起されて、偏光蛍光を出すまでに、回転運動などをすると、放射される偏光蛍光の偏光の振動面が、元の入射偏光の偏光平面とずれてきます。蛍光物質（分子）が、回転運動などしなければ、入って来た偏光と、出てくる偏光の偏光面は同じになるのです。

　　逆に言うと、入射させた偏光と、出てくる偏光を測定して、どれぐらい偏光平面がずれているかを測定し計算すると、蛍光物質の分子が、どれぐらい回転したかが分かるのです。

　　「偏光度＝蛍光偏光度」というのは、この偏光面が、入射した偏光と出てきた偏光蛍光で、どのぐらい違うかという大きさに関係する量です。偏光度をＰとすると、「Ｐが大きい」ほど、入射と放射の偏光の「平面の違いが小さい」です。逆に、「Ｐが小さい」ほど、二つの偏光の「平面の違いが大きい」のです。

　　つまり、言い方を変えると、Ｐが大きいと、蛍光物質の分子が、ある時間のなかで、ほとんど回転運動しなかったことになります。またＰが小さいとと、分子は、非常に大きく回転運動したことになります。（この関係は重要です。Ｐが大きいと、入射と放射の偏光は同じもので、Ｐが小さいと、入射と放射で、大きく偏光が違ってきているのです。偏光が違って来ている理由は、分子が大きく回転したからです）。

　　　　偏光度Ｐが大　→　入射と放射の偏光平面がほぼ同じ　→　分子回転小（＝分子サイズ大）
　　　　偏光度Ｐが小　→　入射と放射の偏光平面が食い違う　→　分子回転大（＝分子サイズ小）

　　蛍光物質の分子は、色々な分子に付着させるというか、マーカーとして、分子に結合させておくのです。すると、付着させた分子が動くと、蛍光を発するので、分子を追いかけることができるのです。

　　また、分子の回転は、小さな分子ほど、簡単に回転が起こり、大きな分子だと、回転が起こっても、余り速く回転しません。蛍光物質の分子の回転は、付着させた分子の回転と同じになるので、「蛍光物質分子＋目的分子」全体の回転が問題になります。

　　上に述べたように、分子が大きいと、回転しにくい、あるいは回転速度が遅くなります。分子が小さいと、速く回転します。すると、分子が大きいと、なかなか回転しないので、放射光の偏光は、入射光の偏光とほぼ同じ平面になり、偏光の度合いが大きく、つまり「偏光度」は大きくなります。その反対に、分子が小さいと、速く回転するので、入射光の偏光とはかなりずれた偏光となり、結果的に、偏光の度合いは小さくなり、「偏光度」は小さくなります（上のＰの整理式を参照）。

　　偏光度Ｐが大きいと、蛍光物質を付着させた分子の回転が小さい、つまり、その分子のサイズが大きいのです。

　　また、偏光度Ｐが小さいと、問題の分子の回転が大きい、つまり、その分子のサイズが小さいのです。

　　こうして、蛍光偏光度を測定すると、マーカーを付けた分子の大きさが分かることになります。最初、小さな分子だったのが、別の分子と結合すると、サイズが大きくなるので、偏光度が大きくなります。また、反対に最初の分子が、二つに別れて、一方に蛍光物質分子が付いていると、偏光度が小さくなり、分子のサイズが小さくなったということが分かるのです。

　　蛍光偏光度Ｐを測定していると、マーカーを付けた分子が、別の分子と結合して大きくなったりすれば、偏光度が大きくなり、分子が、分解・解離等すれば、偏光度が小さくなるのです。

　　これによって、蛍光偏光度を測定するだけで、例えば、有機体の分子などに蛍光物質分子を付けておくと、その分子が、別の分子と結合するか、または解離するか、などが分かるようになるのです。

補足

ありがとうございます。

私のやっている実験では、分子の結合や、分子の解離などではなく、指標分子がどの程度配向しているかを測定するものです。

蛍光分子に溶液中で電場をかけ配向させ蛍光を測定しています。

ここで、この蛍光分子は分子内分極をしているため、印加電圧を大きくすると配向が進むはずなのですが・・・

しかし、測定された結果は、印加電圧を大きくすると、偏光度が小さくなるというものでした。

偏光をしているとすると、偏光度は１に収束し、偏光がなければ０に収束しますよね？

ここで、偏光度が０.５なんかになった場合はどう考えればよいのでしょうか？