Kemoluminestsents

Kemoluminestsents, ka kemiluminestsents, on keemiliste reaktsioonidega kaasnev luminestsents peamiselt ultraviolettkiirguse ja nähtava valguse vahemikus. Luminestseerivad kas reaktsioonisaadused või nende toimel ergastunud süsteemid.

Kemoluminestsentsi erijuht on bioluminestsents, mis esineb biosüsteemides, näiteks jaanimardikatel.

Reaktsioonid

Valguskiirgus tekib elektronide üleminekul ergastatud olekust energeetiliselt madalamasse olekusse või põhiolekusse. Erinevalt fluorestsentsist või fosforestsentsist saavutatakse kemoluminestsentsis ergastatud olek keemilise reaktsiooniga.

Tuntuim kemoluminestsi lähteaine on 3-aminoftaalhappe hüdrasiid (luminool). Peroksüoksalaadi kemoluminestsents tähendab vesinikperoksiidi reaktsioone oksaalhappe derivaatidega sensibilisaatorite juuresolekul. Paljud luminofoorid on 1,2- või 1,4-dikarbonüülühendid, nagu oksalaat (nt difenüüloksalaat), selle derivaadid ja luminool.

• 
  Difenüüloksalaat, 1,2-dikarbonüüliühend
• 
  3-Aminoftaalhappe hüdrasiid (luminol), 1,4-dikarbonüülühend

Enamikus kemoluminestsentsi reaktsioonides tekib kõigepealt ebastabiilne peroksiidsillaga vaheühend, mille energiarikas laguprodukt moodustab laenguülekande kompleksi, millesse kuulub sensibilisaator (mitme kaksik- või kolmiksidemega molekul), ja annab sellele energia edasi. Ergastatud sensibilisaatormolekul kiirgab seejärel valguskvandi, mille lainepikkus sõltub kasutatava sensibiliseeriva aine struktuurist.

Teatud tingimustel saab tekitada ka ostsilleerivat (vilkuvat) kemoluminestsentsi, nt kombineerides Orbani ostsillaatorit luminooliga.

Kasutamine

Ilmselt tuntuim kemoluminestsentsreaktsioon on luminooli oksüdeerimine vesinikperoksiidi toimel raua või mangaani ioonide juuresolekul. Seda reaktsiooni kasutatakse kohtuekspertiisis verejälgede visualiseerimiseks (verepigmendi hemoglobiin sisaldab Fe2+ ioone). Oksüdeeritud luminooli molekul toimib seejuures sensibilisaatorina.

Gaasianalüüsis kasutatakse kemoluminestsentsi lämmastikmonooksiidi oksüdeerimisel lämmastikdioksiidiks selle tuvastamise (määramise) eesmärgil. Kui lämmastikdioksiidi redutseeritakse analüsaatoris enne oksüdeerimist katalüütiliselt, on võimalik tuvastada mõlemad lämmastikoksiidid.

Kemoluminestsentsi kasutatakse nn hõõguvates pulkades. Need on plasttorud, mis painutamisel kiirgavad intensiivset mitmevärvilist valgust. Toru sisaldab kolme keemilist komponenti: oksaalhappe ester, sensibilisaator, mille emissioon määrab valguse värvuse, ja vesinikperoksiidi sisaldav klaastoru. Kui vesinikperoksiidi toru painutamisel puruneb, algab peroksüoksalaadi kemoluminestsents.

1,2-dioksetaanide kemoluminestsentsi saab kasutada biokeemias ja meditsiinilises diagnostikas. Need võimaldavad usaldusväärselt tuvastada väikseimad ensüümide jäljed kuni üksikute molekulideni. Kemoluminestsents-immunoanalüüsis on võimalik määrata ka antikehade ja antigeenide kontsentratsiooni. Lisaks saab määrata ATP-d ja NADH-d bioloogilises keskkonnas kuni väga väikeste kontsentratsioonideni. Tundlikud määramissüsteemid on välja töötatud paljude ATP-ga seotud substraatide jaoks.