第109回薬剤師国家試験 問95 励起光と蛍光のエネルギー差

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■ 正解
1 \dfrac{hc(\lambda_2 – \lambda_1)}{\lambda_1 \lambda_2}


■ 問題の本質(光のエネルギーと波長の関係)

光のエネルギーは波長に反比例し、次式で表される:

E = \frac{hc}{\lambda}

蛍光物質では:

  • 励起光(短波長 λ₁) → 高エネルギー
  • 蛍光(長波長 λ₂) → 低エネルギー

よって、求めるのは:

励起光のエネルギー − 蛍光のエネルギー


■ Step 1:励起光のエネルギー

E_1 = \frac{hc}{\lambda_1}


■ Step 2:蛍光のエネルギー

E_2 = \frac{hc}{\lambda_2}


■ Step 3:エネルギー差(E₁ − E₂)

E_1 – E_2 = \frac{hc}{\lambda_1} – \frac{hc}{\lambda_2}

共通因子 hc をくくる:

= hc\left( \frac{1}{\lambda_1} – \frac{1}{\lambda_2} \right)

通分すると:

= hc \cdot \frac{\lambda_2 – \lambda_1}{\lambda_1 \lambda_2}

→ これが選択肢 1 と一致。


■ 各選択肢の検証

1(正)
励起光と蛍光のエネルギー差を正しく表す。

2(誤)
分母に c があり、次元が合わない。

3(誤)
h と c の位置が逆で、次元が合わない。

4(誤)
逆数になっており、エネルギー差ではない。

5(誤)
同様に逆数で、物理的意味を持たない。


■ まとめ

  • 光のエネルギー: E = \frac{hc}{\lambda}
  • 励起光は短波長 → 高エネルギー
  • 蛍光は長波長 → 低エネルギー
  • エネルギー差: \dfrac{hc(\lambda_2 – \lambda_1)}{\lambda_1 \lambda_2}

正解は 1

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