La chemiluminescenza rappresenta l’emissione di radiazioni risultanti da una reazione chimica.
Reazioni
In linea di principio, una reazione di chemiluminescenza prevede la formazione di un prodotto che si trova in uno stato elettronico eccitato che, successivamente, produce luce nel tornare al suo stato fondamentale.
In generale, però, possono essere descritti due meccanismi secondo i quali possono verificarsi queste condizioni, e sono accompagnati da reazioni di chemiluminescenza diretta e indiretta. Nel primo caso due sostanze reagiscono fra loro formando un prodotto eccitato che torna nel suo stato fondamentale emettendo fotoni.
A + B → C* → C + hν
Nel caso della chemiluminescenza indiretta, invece, si verifica un trasferimento di energia dalla specie eccitata a un’altra specie, detta fluoroforo, che a sua volta viene eccitato e torna nel suo stato fondamentale emettendo parte dell’energia assorbita sotto forma di fotoni. Nella maggior parte dei casi, queste reazioni, per avvenire, necessitano della presenza di cofattori e catalizzatori ed è molto importante considerare la concentrazione e la natura chimica delle specie coinvolte nell’evento reattivo. A tal proposito, molte molecole in grado di dare chemiluminescenza, nella maggior parte dei casi, sono specie ridotte che possono facilmente essere ossidate.
Altri aspetti da considerare, affinché venga esibita chemiluminescenza, sono di natura termodinamica. Infatti, per avviare la reazione è necessario che si verifichi un preciso assorbimento di energia, tale da permettere il raggiungimento di un determinato stato elettronicamente eccitato, e successivamente deve verificarsi un processo di disattivazione con emissione di fotoni rispetto ad altri processi di rilassamento non radioattivi.
Inoltre, nella chemiluminescenza, l’intensità della radiazione emessa, indicante il numero di fotoni emessi al secondo, è intimamente legata alla resa quantica (numero di fotoni emessi/numero di fotoni assorbiti) e alla velocità di reazione.
Esempi e applicazioni
Un classico esempio di chemiluminescenza diretta, in fase liquida, ci viene fornito dall’ossidazione del luminol (3-amminoftalidrazide). Questa molecola organica in presenza di una base subisce deprotonazione, dando origine a un intermedio che può essere facilmente ossidato con perossido di idrogeno (H2O2). Il prodotto ossidato ottenuto si trova in uno stato eccitato, il cui decadimento determina l’emissione di fotoni (luce blu). La presenza di ioni ferro, inoltre, catalizza la reazione di decomposizione del perossido di idrogeno, agendo in maniera significativa sulla velocità di reazione. Per tali motivi il luminol viene utilizzato dalla polizia scientifica per rilevare tracce di sangue, considerando il fatto che nell’emoglobina è presente il ferro.
Un altro esempio di chemiluminescenza è legato alla reazione tra ozono (O3) e monossido di azoto (NO). Quando queste due specie chimiche reagiscono tra loro viene a formarsi il biossido di azoto (NO2) in uno stato eccitato che nel tornare allo stato fondamentale emette luce. Servendosi proprio di questa reazione, ad esempio, alcune tecniche analitiche permettono di determinare il monossido di azoto e i suoi metaboliti nei tessuti biologici.
La chemiluminescenza può essere estesa anche ai sistemi naturali, che prevedono l’utilizzo di enzimi. In questi casi, le reazioni coinvolte portano a fenomeni più propriamente detti di bioluminescenza. Molto affasciananti sono i fenomeni di luminescenza prodotti dalle lucciole, legati all’ossidazione di una luciferina (nome generico con il quale viene definita una classe di composti eterociclici) in ossiluciferina, a opera dell’enzima luciferasi, con conseguente emissione di luce.
Le molecole chemiluminescenti trovano grande applicazione anche nel settore chimico-farmaceutico nell’utilizzo di tecniche di dosaggio immunologiche, caratterizzate dalla combinazione di reazioni immunochimiche con molecole chemiluminescenti.
Riferimenti bibliografici
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