荧光染料可对蛋白质、核酸和聚糖等其他结构进行染色，即便钙离子等非生物物质也可以检测出来。利用荧光物质与相应抗体或抗原发生特异性结合后，可对待测物进行定位、定性和定量的分析，此方法具有特异性、敏感性和直观性。
当荧光物质吸收激发光的能量后，电子从基态跃迁到激发态，当其回复至基态时，以发射光形式释放出能量，称为荧光。其特点为在接受能量后即可引起发光，而一旦停止供能后，荧光随之瞬间消失。
荧光素是常见的荧光染料之一。其与强碱反应生成荧光素盐，易溶于水，并有强烈绿色荧光，荧光量子产率0.65（pH=7水溶液），可使许多生物具有荧光的物质。它与ATP形成复合物（荧光素腺苷），然后再与荧光素酶(Luciferase)结合。
FITC:异硫氰酸荧光素(FITC) 是一种有机荧光染料，发射波长为520 nm的荧光染料，是目前常用的荧光标志物；它的激发波长接近488 nm，光量子得率高，但受pH影响较大。目前这种荧光染料仍用于免疫荧光和流式细胞术中。
在495/517nm 处，该染料会产生激发/发射峰值，并可借助异硫氰酸盐反应基团与不同抗体结合，该基团可以和蛋白质上的氨基、巯基、咪唑、酪氨酰、羰基等基团相结合。而它的基本成分—荧光素，其摩尔质量为332 g/mol，常被用作荧光示踪剂。FITC(389 g/mol)是用于荧光显微镜技术的染料，且其被当成Alexa Fluor®488 等后续荧光染料的发端。该染料的荧光活性取决于它的大共轭芳香电子系统，而该系统受蓝色光谱中的光所激发。
TRITC:四甲基罗丹明-5(6)-异硫氰酸(TRITC) 是经常与 FITC 同时使用的另一种染料，由最大波长为 550nm的绿色光谱中的光所激发，其最大发射波长为 573 nm。TRITC (479 g/mol) 并非荧光素，而是罗丹明家族的衍生物，罗丹明也具有一个大的共轭芳香电子系统，正是该系统引发了它们的荧光行为。
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